Interactions électron-électron dans les fils mésoscopiques

Dans les couches minces métalliques, l'écrantage des interactions coulombiennes entre électrons est moins efficace que dans les métaux massifs en raison des chocs élastiques que subissent les électrons sur les parois, les défauts du réseau cristallin et les impuretés. Aux températures inférieures au kelvin, il est prédit que ces interactions électron-électron sont à l'origine de la plupart des collisions inélastiques subies par les électrons, et déterminent donc les échanges d'énergie et l'extension de la cohérence de phase. Nous présentons dans cet ouvrage trois expériences qui sondent les interactions inélastiques subies par les électrons dans les métaux diffusifs à basse température, afin d'en élucider le mécanisme. Dans la première partie, nous présentons une série de mesures de la fonction de distribution en énergie des électrons dans des fils mésoscopiques d'argent, de cuivre et d'or placés dans un régime stationnaire hors-équilibre. Ces expériences permettent d'accéder au taux d'échange d'énergie entre électrons. Ces résultats sont comparés dans la deuxième partie avec la dépendance en température du temps de cohérence de phase des électrons $\tau_{\phi}$, que l'on déduit de la mesure de la magnétorésistance de longs fils. La cohérence de phase des électrons dépend du taux total de collisions inélastiques, indépendamment de l'énergie échangée. Nous discutons divers mécanismes d'interaction pour rendre compte à la fois des mesures des taux d'échange d'énergie et du temps de cohérence de phase, et les comparons quantitativement aux résultats expérimentaux. La troisième partie est consacrée à la mesure de la conductance d'une longue jonction tunnel entre un fil d'aluminium et un plan de masse. La diminution de cette conductance à tension nulle est un effet attendu des interactions électron-électron. Pour comparer mesures et prédictions théoriques, nous avons reformulé les prédictions du calcul microscopique des interactions entre électrons en terme d'impédance électromagnétique, dans un langage similaire à celui utilisé pour la théorie phénoménologique du blocage de Coulomb