Spectral studies of the photoconductivity in the temperature range of T = 5–70 K, as well as studies of the magneto-absorption and magnetotransport at T = 4.2 K, have been performed in a HgTe/CdHgTe heterostructure with a double quantum well under an “optical gate” effect. Studies of magneto-absorption spectra under the controlled optical exposure have made it possible to observe absorption lines caused by both the cyclotron resonances of electrons and holes simultaneously. The coexistence of electrons and holes in the HgTe/CdHgTe double quantum well with a relatively large bandgap (~80 meV) indicates the appearance of a strongly inhomogeneous light-induced distribution of charge carriers in the plane of the structure. Experimental results obtained clearly demonstrate disadvantages of the control of the Fermi level positions in heterostructures with HgTe/CdHgTe quantum wells by means of the optical gate.

The remarkable electronic properties of graphene have made it a much-studied material, both theoretically and experimentally. In this study, we use an electron spin resonance technique based on terahertz photoconductivity to study the proximity effects of TMDs on graphene. So far, our results do not show any influence of the MoS2 on graphene intrinsic spin orbit coupling and low energy band structure. In addition, we are studying the electron-phonon interaction in encapsulated graphene using magneto-transport measurements. The resistivity depends linearly on temperature for n> 1012 cm-2 and 50K≤T≤200K due to electron-acoustic phonon interaction. For carrier density n > 3.3 1012 cm-2, we observe a slope which seems to indicate a weaker e-ph coupling than predicted and previously reported.

Graphene is a quantum spin Hall insulator, with a nontrivial topological gap induced by the spin-orbit coupling. Such splitting is weak (~45µeV) in the absence of external magnetic field. However, due to rather long spin-relaxation time, graphene is an attractive candidate for applications in quantum technologies. When it is encapsulated in hexagonal boron nitride, the coupling between graphene and the substrate compensates intrinsic spin-orbit coupling and decreases the nontrivial topological gap, which may lead to phase transition into a trivial band insulator state. In this work, we have measured experimentally the zero-field splittings in monolayer and bilayer graphene by the means of subterahertz photoconductivity-based electron spin resonance technique. The dependance in temperature of such splittings have been also studied in the 2-12K range. We observed a decrease of the spin splittings with increasing temperature. Such behavior might be understood from several physical mechanisms that could induce a temperature dependence of the spin-orbit coupling. These includes the difference in the expansion coefficients between the graphene and the boron nitride substrate or the metal contacts, the electronphonon interactions, and the presence of a magnetic order at low temperature.

L’interaction spin-orbite est un effet relativiste qui couple le déplacement de l’électron à son spin. Ce couplage suscite de grands intérêts dans la physique du solide. En effet, ce couplage permet une propagation de l’information via le spin des électrons et non plus seulement par leur charge, comme c'est le cas en microélectronique traditionnelle. Cette nouvelle approche, plus qu’une simple amélioration des performances, est donc un changement même du support de base de l’information. De nombreuses applications pratiques ont été envisagées. La maîtrise du couplage spin-orbite permettrait le développement de nouveaux systèmes spin-électroniques, ou 'spintroniques', répondant aux enjeux de réduction de consommation d’énergie, par exemple. A plus long terme encore, le contrôle du spin électronique permettrait aussi le codage l’information via une superposition d’état, ce qui ouvrirait la voie à la réalisation de bits quantiques (par analogie au bit binaire d’un ordinateur “classique”) réalisés en matière condensée. De cet intérêt pour le couplage spin-orbite a émergé ces dernières années le sujet des isolants topologiques bidimensionnels, où isolants à effet Hall quantique de spin. Ces isolants particuliers ont été réalisés à partir de matériaux à fort couplage spin-orbite.Les premières réalisations de tels isolants ont été obtenues avec des semi-conducteurs de la famille II-VI. Ces isolants ne survivent alors qu'à très basse température, de l’ordre du Kelvin, à cause de particularités de la structure de bande des II-VI. Cela a motivé notre recherche de nouveaux matériaux candidats pour l’observation de l’effet Hall quantique de spin à plus haute température. Je me suis intéressé lors de ma thèse à des structures à base d’InAs/GaSb, car en plus des prédictions théoriques et premières démonstrations de la validité de ces structures pour l’observation de l’effet Hall quantique de spin, la croissance et la fabrication de dispositifs à base de ces semi-conducteurs III-V est plus répandue que pour les II-VI.Dans le premier chapitre, je présente une revue des travaux récents autour des isolants topologiques, depuis l'émergence de ce sujet avec le graphène jusqu'au début de ce travail. Je développe également les concepts théoriques à la base des expériences présentées dans cette thèse. Dans le chapitre 2, je développe les détails expérimentaux et présente les différentes croissances à base d'InAs/GaSb étudiées. Je détaille également les procédés de fabrication des dispositifs réalisés à partir de ces mêmes croissances. Le chapitre 3 est consacré aux mesures de magnéto-transport pour les différents dispositifs. Je démontre la validité des calculs théoriques de la structure de bande en montrant une nette augmentation de la taille de la bande interdite pour les structures à base d'InAs/GaSb, ainsi que l'existence d'une conduction de bord dont les propriétés sont compatibles avec le caractère topologique attendu pour ces structures.