L’experience d’interferences de type Young avec un systeme interferentiel a l’echelle atomique et une source d’electron unique a ete realisee avec succes. L’electron provient de l’autoionisation de l’helium doublement excite (2lnl’ n ≥ 2), apres capture des deux electrons d’une cible moleculaire H2 par un ion projectile He2+. En se desexcitant par autoionisation, l’atome He** constitue une source d’electron unique independante de l’interferometre compose par les deux protons H+ de la molecule H2 completement ionisee. Nous avons mesure les distributions en energie et en angle des electrons emis lors de collisions He2+ + H2. Les spectres obtenus font apparaitre des pics associes aux electrons Auger emis par le projectile He**. Chaque electron Auger diffuse de facon coherente sur les deux centres H+ de la molecule cible. Le systeme interferentiel H+-H+ est systematiquement detruit apres avoir ete traverse par un seul electron. De cette maniere, une experience d’interference elementaire a electron unique est realisee. En repetant un grand nombre de fois cette experience elementaire, le phenomene d’interference a electron unique se manifeste par l’apparition d’oscillations dans la distribution angulaire des electrons diffuses. Pour la collision 3He2+ + H2 a 30 keV, les oscillations presentent une periode de ~ 17° proche de la valeur obtenue theoriquement. Ces oscillations observees pour la premiere fois avec des electrons uniques envoyes sur un systeme interferentiel a l’echelle atomique constituent une preuve experimentale qu'un electron interfere avec lui-meme.
L’experience d’interferences de type Young avec un systeme interferentiel a l’echelle atomique et une source d’electron unique a ete realisee avec succes. L’electron provient de l’autoionisation de l’helium doublement excite (2lnl’ n ≥ 2), apres capture des deux electrons d’une cible moleculaire H2 par un ion projectile He2+. En se desexcitant par autoionisation, l’atome He** constitue une source d’electron unique independante de l’interferometre compose par les deux protons H+ de la molecule H2 completement ionisee. Nous avons mesure les distributions en energie et en angle des electrons emis lors de collisions He2+ + H2. Les spectres obtenus font apparaitre des pics associes aux electrons Auger emis par le projectile He**. Chaque electron Auger diffuse de facon coherente sur les deux centres H+ de la molecule cible. Le systeme interferentiel H+-H+ est systematiquement detruit apres avoir ete traverse par un seul electron. De cette maniere, une experience d’interference elementaire a electron unique est realisee. En repetant un grand nombre de fois cette experience elementaire, le phenomene d’interference a electron unique se manifeste par l’apparition d’oscillations dans la distribution angulaire des electrons diffuses. Pour la collision 3He2+ + H2 a 30 keV, les oscillations presentent une periode de ~ 17° proche de la valeur obtenue theoriquement. Ces oscillations observees pour la premiere fois avec des electrons uniques envoyes sur un systeme interferentiel a l’echelle atomique constituent une preuve experimentale qu'un electron interfere avec lui-meme.
Des interférences dues à la diffusion d'un électron unique sur deux protons, qui jouent le rôle de deux trous d'Young, ont été mises en évidence expérimentalement pour la première fois. L'électron provient de l'autoionisation de l'hélium excité après capture des deux électrons de la molécule H 2 par un projectile He 2+ . Ces interférences se manifestent par l'apparition d'oscillations dans la distribution angulaire des électrons diffusés. La présence de ces oscillations prouve qu'un électron peut interférer avec lui-même. Cette expérience est analogue à l'expérience de pensée imaginée par Feynman en 1963, dans laquelle il retrace le devenir d'un électron après traversée de deux fentes rapprochées.
Des interférences dues à la diffusion d’un électron unique sur deux protons, qui jouent le rôle de deux trous de Young, ont été mises en évidence expérimentalement pour la première fois. L’électron provient de l’auto-ionisation de l’hélium excité après capture de deux électrons de la molécule H2 par un projectile He2+. Ces interférences se manifestent par l’apparition d’oscillations d’intensité dans la distribution angulaire des électrons diffusés. La présence de ces oscillations prouve qu’un électron peut interférer avec lui-même. L’expérience présente est analogue a une expérience de pensée imaginée par Feynman en 1963.
Le phenomene d’interferences obtenu suite a une collision entre un projectile He2+ de basse energie et une cible H2 a ete etudie experimentalement et theoriquement. La premiere partie de la these est consacree a un recapitulatif historique sur les experiences d’interferences avec les electrons. L’experience realisee par notre groupe et les premiers resultats obtenus sont rappeles. Une analyse plus approfondie des resultats experimentaux mettant en evidence la possibilite d’etendre l’analogie entre les interferences electroniques et photoniques est presentee. Une nouvelle experience d’interferences photoniques realisee montre clairement que des oscillations observees dans les distributions angulaires ont des origines multiples : la largeur et la position maximum de la distribution de longueur d’onde. Deux modeles susceptibles de reproduire les resultats experimentaux sont consideres. Le modele le plus simplifie base sur la difference de marche entre les chemins pris par l’electron pour aller jusqu’au detecteur est d’abord presente. Les resultats obtenus dans le cadre de ce modele sont en accord avec les resultats experimentaux. Un second modele, base sur la mecanique quantique, ne reproduit pas les resultats experimentaux. La raison de cet echec et les limites de ce modele sont explicitees. Les perspectives experimentales et theoriques qui permettront de mieux comprendre le phenomene d’interferences electroniques sont detaillees dans la conclusion.
Expériences d'optique quantique électronique à l'échelle d'une seule particule Au cours des 25 dernières années, il n'y a eu que quelques rapports sur des expériences de type optique quantique avec des électrons.Les progrès réalisés dans ce récent domaine de recherche ont permis de mettre au point des techniques originales pour piéger, déplacer et manipuler les électrons dans des dispositifs à l'état solide.Ces progrès ouvrent de nouvelles perspectives pour l'étude de phénomènes quantiques fascinants tels que l'effect tunnel ou l'intrication avec les électrons.En raison de la contrôlabilité exigée dans les implémentations possibles de circuits logiques quantiques, il est maintenant particulièrement intéressant de réaliser des expériences d'optique quantique électronique avec des électrons volants uniques.Dans cette thèse, nous abordons deux expériences liées, mais conceptuellement différentes, d'optique quantique électronique au niveau de la particule unique.Toutes les expériences menées dans le cadre de cette thèse ont été réalisées à des températures cryogéniques avec des dispositifs définis par Schottky-gates dans des hétérostructures AlGaAs/GaAs.Tout d'abord, nous effectuons une expérience d'interférence d'électrons de type Mach-Zehnder dans le régime de transport balistique.En formant un grand point quantique dans l'une des branches de l'interféromètre, nous étudions le déphasage de la fonction d'onde d'un électron transmis de façon résonnante.Au cours de nos mesures, nous trouvons des signatures d'un comportement de transmission qui reflète les symétries internes des états propres des boîtes quantiques.Nos résultats mettent en lumière la question de longue date d'un comportement de phase de transmission universelle dans des boîtes quantiques en grand taille.Nous avons ainsi posé un jalon important vers une compréhension globale de la transmission par résonance d'électrons volants simples par des boîtes quantiques.Dans une deuxième expérience, nous allons au-delà du régime de transport balistique.Nous utilisons des ondes acoustiques de surface pour transporter un seul électron entre les boîtes quantiques définies par la grille de surface dans un circuit couplé par l'effect tunnel.Nous développons deux blocs de base essentiels pour partitionner et coupler les électrons volants simples dans un tel circuit piloté par le son.En dépassant une efficacité de transfert simple de 99 %, nous montrons qu'un circuit électronique quantique piloté par le son est réalisable à grande échelle.Nos résultats ouvrent la voie à des opérations de logique quantique avec des qubits d'électrons volants qui surfent sur une onde acoustique.
La thèse porte sur le développement de méthodes numériques pour résoudre l'équation de Schrödinger dépendante du temps. Nous nous sommes d'abord intéressés à la collision électron-hydrogène. L'originalité de la méthode repose sur l'utilisation d'une grille radiale à pas variable, définie par interpolation de Schwartz à l'aide d'une fonction de référence coulombienne. Cette grille permet de reproduire un grand nombre d'états liés de l'atome d'hydrogène ainsi que les éléments de matrice de divers opérateurs à la précision numérique de l'ordinateur. La propagation temporelle est effectuée par un algorithme Split-Operator. L'efficacité de la méthode permet de propager la fonction d'onde sur de très grandes distances et les calculs sont réalisés pour toutes les ondes partielles. Les sections efficaces d'excitation et d'ionisation obtenues sont en excellent accord avec les meilleurs résultats expérimentaux et théoriques. Nous avons ensuite adapté la méthode et la chaîne de programmes associée à l'étude des collisions réactives atome-dihydrogène. Le paquet d'ondes est décrit en coordonnées de Jacobi des produits, à l'aide d'une grille régulière pour les coordonnées radiales et d'un développement sur des polynômes de Legendre pour la partie angulaire (onde partielle S). L'analyse est réalisée par transformation de Fourier temps-énergie et fournit, en un seul calcul, les résultats sur toute la gamme d'énergie couverte par le paquet d'ondes initial. La méthode a d'abord été testée sur la réaction quasi-directe (F,H2) et ensuite appliquée à la réaction indirecte (C(1D),H2). Les probabilités de réaction d'état à état sont en très bon accord avec celles obtenues par une approche indépendante du temps. En particulier, pour la collision (C(1D),H2), la structure extrêmement résonante de ces probabilités est bien reproduite.
Interférences quantiques dans la dynamique d'atomes et molécules dans un champ électromagnétique Les interférences quantiques apparaissant lors de la superposition cohérente d'états quantiques de la matière sont à l'origine de la compréhension et du contrôle de nombreux processus élémentaires. Dans cette thèse, deux problèmes distincts, qui ont pour origine de tels effets, sont discutés avec leurs applications potentielles : 1. Diffraction électronique induite par Laser (LIED) et imagerie des orbitales moléculaires ; 2. Effets collectifs dans des vapeurs denses et transparence électromagnétique induite par interaction dipôle-dipôle (DIET). La première partie de cette thèse traite du mécanisme de recollision dans des molécules linéaires simples lorsque le système est exposé à un champ laser infrarouge de forte intensité. Cette interaction provoque une ionisation tunnel du système moléculaire, conduisant à la création d'un paquet d'ondes électronique dans le continuum. Ce paquet d'ondes suit une trajectoire oscillante, dirigée par le champ laser. Cela provoque une collision avec l'ion parent qui lui a donné naissance. Ce processus de diffraction peut être de nature inélastique, engendrant la génération d'harmoniques d'ordre élevé (HHG) ou l'ionisation double non-séquentielle, ou de nature élastique, processus que l'on appelle généralement « diffraction électronique induite par laser ». La LIED porte des informations sur la molécule et sur l'état initial à partir duquel les électrons sont arrachés sous forme de motifs de diffraction formés en raison de l'interférence entre différentes voies de diffraction. Dans ce projet, une méthode est développée pour l'imagerie des orbitales moléculaires, reposant sur des spectres de photo-électrons obtenus par LIED. Cette méthode est basée sur le fait que la fonction d'ondes du continuum conserve la mémoire de l'objet à partir duquel elle a été diffractée. Un modèle analytique basé sur l'approximation de champ fort (SFA) est développé pour des molécules simples linéaires et appliqué aux orbitales moléculaires HOMO et HOMO-1 du dioxyde de carbone. L'interprétation et l'extraction des informations orbitalaires imprimées dans les spectres de photo-électrons sont présentées en détail. Par ailleurs, nous estimons que ce type d'approche pourrait être étendu à l'imagerie de la dynamique électro-nucléaire de tels systèmes. La deuxième partie de cette thèse traite des effets collectifs dans des vapeurs atomiques ou moléculaires denses. L'action de la lumière sur ces gaz crée des dipôles induits qui oscillent et produisent des ondes électromagnétiques secondaires. Lorsque les particules constitutives du gaz sont assez proches, ces ondes secondaires peuvent coupler les dipôles induits entre-eux, et lorsque cette corrélation devient prépondérante la réponse du gaz devient une réponse collective. Ceci conduit à des effets spécifiques pour de tels systèmes, comme l'effet Dicke, la superradiance, et les décalages spectraux de Lorentz-Lorenz ou de Lamb. A cette liste d'effets collectifs, nous avons ajouté un effet de transparence induite dans l'échantillon. Cet effet collectif a été appelé « transparence électromagnétique induite par interaction dipôle-dipôle ». La nature collective de l'excitation du gaz dense réduit la vitesse de groupe de la lumière transmise à quelques dizaines de mètre par seconde, créant ainsi une lumière dite « lente ». Ces effets sont démontrés pour les transitions D1 du 85Rb et d'autres applications potentielles sont également discutées.