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Dynamique quantique dans un tourniquet à électrons basé sur une boîte quantique
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Zanten, David T. Van |
| Copyright Year | 2015 |
| Abstract | Le controle du nombre et de l'etat quantique d'electrons individuels est un element cle pour la construction d'applications innovantes comme les sources a un electron ou les standards metrologiques de courant. La difficulte d'atteindre la precision metrologique pour une source de courant alimente la recherche fondamentale sur le transport individuel d'electrons dans les structures mesoscopiques. Un candidat prometteur combine le concept de quantification de la charge dans un transistor a un electron et la bande interdite de la densite d'etats d'electrodes supraconductrices. Le transport correle en temps d'electrons entre les electrodes supraconductrices est alors assure par la densite d'etats continue de l'ilot metallique central. Le grand nombre d'etats electroniques disponibles dans l'ilot, bien que favorable en termes de couplage tunnel, a neanmoins deux consequences importantes que sont les fluctuations thermiques et des processus parasites d'ordre superieur, ce qui limite la performance de ces dispositifs. Dans ce contexte, nous explorons le transport de charges dans un tourniquet a electrons hybride base sur une boite quantique en lieu et place de l'ilot metallique. Les dispositifs sont realises par l'electromigration controlee de constrictions d'Aluminium precedee par le depot aleatoire de nano-particules d'or. Ce procede in-situ (realise a 4 K) permet l'obtention de jonctions tunnel entre des electrodes supraconductrices d'aluminium et nano-particules d'or avec un taux de succes de l'ordre de 4%. Nous caracterisons le transport statique et en frequence dans ces nanostructures par la mesure statique du courant a une temperature de 100 mK dans un environnement fortement filtre, mais neanmoins compatible avec l'electro-migration, d'un refrigerateur a dilution. L'analyse des cartes de conductance en fonction des tensions drain-source et de grille revele une energie de charge tres elevee de l'ordre de 10 meV et un ecart entre niveaux discrets d'energie de l'ordre de 1 meV. Par une etude detaillee de l'elargissement des pics de coherence au seuil du blocage de Coulomb, nous montrons que le transport electronique est assure par un niveau unique dans la boite quantique. Bien que le couplage tunnel soit faible, le temps de vie d'un electron dans un niveau donne est domine par l'hybridation des etats electroniques entre les electrodes et la boite quantique. En effet, les fluctuations thermiques et les processus inelastiques sont inoperants du fait du grand ecart d'energie entre niveaux et de la bande interdite supraconductrice dans les electrodes. L'observation de resonances sous le seuil impose par le blocage de Coulomb est decrite par des processus de cotunneling de type paire de Cooper-electron. Lorsqu'un signal radio-frequence de forme sinusoidale ou carree est ajoute a la tension de grille, un fonctionnement de tourniquet a electron est montre. Nous obtenons un courant quantifie jusqu'a une frequence de 200 MHz, au dela de laquelle la precision se degrade a cause d'evenements tunnel manques. Le couplage a un niveau unique dans la boite quantique est clairement demontre par l'apparition d'effets de transport tunnel inverse a grande tension drain-source ainsi que l'insensibilite a la temperature jusqu'a environ 300 mK. Enfin, nous observons une suppression systematique du courant uniquement a basse frequence et avec un signal r.f. sinusoidal. En accord avec une prediction theorique, nous montrons que les effets tunnel manques sont causes par un processus adiabatique au travers l'anti-croisement d'un niveau quantique sur la boite quantique avec la densite d'etats des electrodes supraconductrices. Nos experiences fournissent la premiere demonstration experimentale de la repulsion de niveaux entre un niveau discret et un semi-continuum, illustrant ainsi l'evolution coherente de nos tourniquets hybrides a electron dans un regime adiabatique. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | http://www.theses.fr/2015GREAY028.pdf |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
