La physique mésoscopique traite des phénomènes quantiques dans le transport électronique des petits systèmes. Ce sont notamment les effets d’interférences électroniques, de localisation, de quantification de conductance, de bruit de grenaille et les effets dynamiques. Les métaux, les gaz bidimensionnels d’électrons dans les semi-conducteurs, les canaux de bord de l’effet Hall quantique, les nanotubes de carbone et les nanofils, le graphène, sont autant de systèmes modèles où ces effets se manifestent sur le transport de charge, mais aussi de spin ou de paires de Cooper. Dans certains cas, un petit système macroscopique peut se comporter, pour certains de ses degrés de liberté et leur couplage à l’environnement, comme un objet purement quantique. L’électrodynamique quantique dans les circuits ou la nano électromécanique quantique sont ainsi deux domaines en plein essor. A l’opposé, les concepts de la physique mésoscopique trouvent des applications en électronique moléculaire (exposé de F. Balestro).

Les recouvrements avec d’autres disciplines sont nombreux :  la physique atomique, particulièrement le domaine des condensats d’atomes froids, mais aussi l’optique. Le contrôle et la manipulation des ondes électroniques dans la matière est tel qu’on peut envisager aujourd’hui de reproduire des expériences de base de l’optique quantique avec par exemple des électrons se propageant sur les canaux de bord de l’effet Hall quantique. On sait réaliser des interféromètres de Mach-Zehnder avec une très grande visibilité (exposé de D. Mailly) et des expériences de type Hanbury-Brown et Twiss avec des sources d’électrons uniques (exposé J.-M. Berroir). On peut suivre et contrôler la relaxation de quasi particules de Landau (exposé de D. Mailly).

Le transport quantique électronique s’enrichit régulièrement de la découverte de nouveaux types d’excitations élémentaires dont les propriétés de symétrie influencent profondément le transport ; on connait les fermions de Dirac « ultra-relativistes » du graphène, qu’on  retrouve aujourd’hui dans les états de surface des isolants topologiques. Les théoriciens prédisent des propriétés très étranges aux excitations élémentaires comme les charges fractionnaires de Laughlin ou les excitations non-abéliennes dans certaines phases topologiques de l’effet Hall quantique.

Cette session du colloque nouveaux états quantiques de la matière, à laquelle vous êtes chaleureusement conviés, vise à présenter à la communauté des physiciens les progrès récents réalisés en physique mésoscopique.

Orateurs invités : Jean-Marc BERROIR (ENS) : Optique quantique avec des électrons uniques
Franck BALESTRO (Institut Néel) :Transistor à molécule unique et spintronique moléculaire
Dominique MAILLY (LPN Marcoussis) :
Quand les électrons miment les photons : les interféromètres électroniques

Organisateur : B. Plaçais, président du GDR « Physique Mésoscopique ».
Laboratoire Pierre Aingrain, Ecole Normale Supérieure,
24, rue Lhomond, F-­-75005 Paris. Tel: 0144323456

Les actes du colloques seront archivés ultérieurement sur le serveur HAL du CNRS.