Quantum current fluctuations in a tunnel junction at optical frequency

A forte polarisation (V >1V), une jonction tunnel planaire peut émettre de la lumière dans le domaine optique à des fréquences f<eV/h ~ 10¹⁴Hz. Cette émission résulte du rayonnement de plasmons-polariton de surface, générés par le bruit de grenaille dans la jonction. La densité spectrale de rayonnement dP/df est alors directement reliée à la densité spectrale des fluctuations du courant SII via une simple impédance de rayonnement: dP/df = R × SII. De la même manière, la densité spectrale de rayonnement du corps noir est reliée aux fluctuations thermiques du courant dans un conducteur ohmique via le théorème fluctuation-dissipation (TFD). Il semble alors naturel de décrire le rayonnement d'une jonction tunnel par la relation fluctuation-dissipation, dérivée par Scalapino et Rogovin [Annals of Physics 1974], généralisant le TFD aux conducteurs hors équilibre (V≠0). Nous avons étudié cette relation dans un régime où la jonction tunnel est fortement hors équilibre, lorsque eV ~1eV est de l'ordre de la hauteur de la barrière tunnel. La RFD est vérifiée à fréquence nulle (MHz), mais est violée de manière flagrante à fréquence finie (10¹⁴Hz). Nous attribuons cette violation à la non linéarité intrinsèque de la jonction. Nous dérivons une nouvelle expression pour la puissance émise, à partir de l'approche quantique de Landaueur-Büttiker du transport électronique. L'émission est alors interprétée en terme de recombinaison électron-trou dans les électrodes et rend compte d'une accumulation de charges dans la barrière. L'efficacité du couplage électron-photon est évaluée quantitativement via l'impédance de rayonnement de la jonction. Ce travail de thèse s'adresse à deux communautés, celle de la physique mésoscopique étudiant les mécanismes du transport électronique, et celle des opticiens voulant comprendre et optimiser l'émission de lumière dans ces systèmes.In a strongly voltaged biased tunnel junction, optical photon emission occurs at frequencies below the threshold f