R´esum´e (En fran¸cais)

Nous avons pr´esent´e une ´etude exp´erimentale de gaz d’´electrons bidimensionnel (GE-2D)

confin´e dans des puits quantiques de CdTe/CdMgTe et des puits quantiques magn´etiques

de CdMnTe/CdMgTe. La recherche exp´erimentale a ´et´e faite au moyen de

magn´eto-photoluminescence, de spectroscopie d’excitation de la magn´eto-photoluminescence, de mesures de

r´esistance longitudinale et de r´esistance Hall et de techniques compl´ementaires, comme

l’absorption de r´esonance cyclotron infrarouge et la diffusion Raman in´elastique. Les

r´esultats exp´erimentaux ont ´et´e soumis `a une analyse d´etaill´ee et compar´es `a des mod`eles

th´eoriques bas´es sur des mod`eles simples de mono-particules, `a des mod`eles plus

com-plexes d’interactions multi-corps ´electron-´electron. Quelques r´esultats ont ´et´e compar´es

aux calculs num´eriques des ´etats confin´es dans des boites quantiques.

La connaissance du spectre d’´energie des ´etats confin´es dans nos boites quantiques

´etait essentielle afin d’interpr´eter correctement les r´esultats exp´erimentaux. C’est pourquoi

nous avons d’abord effectu´e des calculs num´eriques des ´etats confin´es et de leurs ´energies

respectives. Les interactions ´electron-´electron ont ´et´e consid´er´ees dans l’approximation de

densit´e locale (Local Density Approximation - LDA) et les fonctions d’onde d’´electron et

de trou ont ´et´e calcul´ees dans l’approximation de fonction enveloppe (Envelope Function

Approximation - EFA).

La caract´erisation ´el´ementaire au moyen d’absorption infrarouge et de diffusion

Ra-man nous ont aid´es `a d´eterminer la masse des ´electrons et leur facteurg effectif, qui sont

les deux param`etres principaux dans une description de mono-particule dans le champ

magn´etique. La magn´eto-conductivit´e `a bas champ a indiqu´e que la contribution de la

con-ductivit´e longitudinale la plus importante est la contribution semi-classique de Drude. Des

contributions d’approximativement trois ordres de grandeur plus faibles ont ´et´e ´egalement

trouv´ees. Elles sont dues aux effets de la localisation faible (Weak Localization - WL),

d’interaction ´electron-´electron et d’oscillations Shubnikov-de Hass. La contribution de

l’interaction ´electron-´electron a ´et´e expliqu´ee ´egalement avec succ`es avec le mod`ele

semi-classique des ´electrons tournants. L’analyse de l’amplitude des oscillations Shubnikov-de

Hass dans la r´esistivit´e longitudinale a donn´e des informations suppl´ementaires sur la

structure des niveaux de Landau, comme leur forme et la taille de leur ´elargissement. La

diff´erence entre le temps de transport (τtr = 15 ps) et le temps quantique (τq = 3 ps) nous

a men´es `a la conclusion de la pr´esence du m´ecanisme de dispersion d’origine longue port´ee.

Dans les ´etudes des puits quantiques de CdTe, nous n’avons trouv´e aucun changement des

´elargissements des niveaux de Landau ni de la masse effective de l’´electron en fonction

de la temp´erature (entre 90 mK et 1.2 K) et du champ magn´etique (jusqu’`a 0.5 T). Le

magn´eto-transport dans les champs magn´etiques intenses a mis en ´evidence des ´etats Hall

quantiques fractionnaires bien identifi´es dans les niveaux de LandauN = 0 (ν= 5/3,4/3)

etN = 1 (ν = 7/3,8/3). Les ´etats fractionnaires 5/3 et 4/3 ont ´et´e soumis `a des ´etudes

de magn´eto-transport dans un champ magn´etique inclin´e. Nous avons constat´e que les

propri´et´es de ces ´etats sont fortement influenc´ees par l’´energie Zeeman, et que leur l’´etat

fondamental est compl`etement polaris´e, en accord avec une approche de fermions

compos-ites d´ecrivant l’effet Hall quantique fractionnaire.

Le gap de spin amplifi´e dans les niveaux Landau enti`erement occup´es a ´et´e ´etudi´e au

moyen de magn´eto-photoluminescence dans un grand intervalle de champs magn´etiques

et de temp´eratures. La d´ependance en champ et en temp´erature a ´et´e d´ecrite avec succ`es

Conclusions 124

par un mod`ele ph´enom´enologique simple. Nous avons conclu que le gap de spin amplifi´e

n’apparaˆıt pas seulement `a proximit´e de l’´energie de Fermi, comme d´ecrit jusqu’ici, mais

que le ph´enom`ene se produit `a tous les niveaux de Landau occup´es et que son amplitude

est la mˆeme pour tous les niveaux de Landau jusqu’`a l’´energie de Fermi.

Le modulation par le champ magn´etique de l’intensit´e de la photoluminescence r´esolue

en polarisation a indiqu´e que plusieurs m´ecanismes influencent l’efficacit´e de la

recom-binaison radiative. Nous avons prouv´e que le rˆole dominant dans la recomrecom-binaison des

´electrons et des trous est jou´e par un processus non-radiatif. D’autres ph´enom`enes

in-fluen¸cant l’efficacit´e de la recombinaison radiative ont ´et´e ´egalement identifi´es, comme la

d´eg´en´erescence des niveaux de Landau, leur taux d’occupation, les r`egles de s´election et

l’efficacit´e de l’´ecrantage. La conclusion principale de notre ´etude de l’intensit´e de la

pho-toluminescence est une identification du processus mis en jeu, processus au cours duquel

le spin de l’´electron et le spin du trou se renversent en mˆeme temps. Ce processus est

contrˆol´e par le m´ecanisme Bir-Aharonov-Pikus, qui est le m´ecanisme de la relaxation de

spin assist´ee par les phonons.

Les spectres obtenus par la spectroscopie d’excitation de la photoluminescence refl`etent

la densit´e d´etats caract´eristique des syst`emes bidimensionnels. Les r´esonances excitoniques,

qui sont observ´ees aux bords des sous-bandes ´electriques inoccup´ees, illustrent l’importance

de l’´ecrantage et des champs ´electriques intrins`eques dans les puits asym´etriquement dop´es.

Nous avons pr´esent´e des ´etudes magn´eto-optiques et de magn´eto-transport

appro-fondies d’un gaz ´electronique bidimensionnel. Les ph´enom`enes identifi´es ont ´et´e interpr´et´es

avec succ`es et l’interpr´etation a ´et´e souvent confirm´ee par des calculs num´eriques.

Cepen-dant, beaucoup de questions restent non r´esolues et d’autres sont apparues. Parmi ces

questions non r´esolues, nous voudrions mentionner par exemple la structure en doublet de

niveaux de Landau dans les deux polarisations circulaires, qui peut ˆetre observ´ee

claire-ment `a des niveaux de Landau plus ´elev´es par photoluminescence et par excitation de

photoluminescence. Mˆeme si nous avons pr´esent´e un mod`ele simple pour d´ecrire les

os-cillations de gap de spin, il n’y a pas d’explication commun´ement admise pour les

oscil-lations de la position absolue de l’´emission de la photoluminescence (s’il en existe). La

raison pour laquelle la r´esistance longitudinale pr´esente de grands plateaux et pour

laque-lle l’´energie de photoluminescence change pour certaines intensit´es de champ magn´etique

n’est pas encore ´eclaircie. L’origine du croisement des niveaux de Landau observ´e par

spectroscopie d’excitation de la photoluminescence ainsi que des maxima dans la

quasi-absorption `a l’´energie de Fermi reste aussi inconnue. L’interpr´etation de l’quasi-absorption

au-dessous de l’´energie de Fermi dans des spectres de photoluminescence d’excitation en

champ magn´etique nul devrait ˆetre probablement r´eexamin´ee. Jusqu’ici, nous avons

in-terpr´et´e cette absorption comme l’absorption des excitons et nous avons discut´e la

distri-bution non homog`ene du gaz ´electronique bidimensionnel. Cependant, il nous semble que

le gaz d’´electrons n’est pas si inhomog`ene que sugg´er´e par l’explication propos´ee. Nous

avons montr´e que le gap de spin amplifi´e concerne non seulement les niveaux de Landau

`

a proximit´e de l’´energie de Fermi, mais ´egalement les niveaux de Landau enti`erement

oc-cup´es. Cependant, la question se pose si le gap de spin amplifi´e existe ´egalement dans

les niveaux de Landau compl`etement vides. L’analyse du magn´eto-transport

thermique-ment activ´e a montr´e de grandes limites dans la description th´eorique. Par cons´equent,

un effort d’interpr´etation th´eorique est n´ecessaire afin de d´ecrire correctement ce genre

d’exp´eriences.

Pour conclure, nous avons d´ecrit plusieurs de nouveaux r´esultats exp´erimentaux.

Cer-tains d’entre eux ont ´et´e interpr´et´es avec succ`es et ont men´es `a des conclusions de caract`ere

fondamental. Cependant, beaucoup de questions restent sans r´eponse et de nouvelles ont

´et´e pos´ees. Nous esp´erons que ce travail constituera une base pour de futures

investiga-tions exp´erimentales et th´eoriques sur les gaz d’´electrons bidimensionnels et contribuera

participer `a une compr´ehension correcte de ses propri´et´es. Nous esp´erons ´egalement que

ce travail permet de mieux comprendre la physique des syst`emes multi-corps pr´esentant

une interaction ´electron-´electron forte.

Conclusions 126