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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0648

DOMAINE DE RECHERCHE
Physique théorique / Physique théorique
INTITULÉ DU SUJET Français English

JONCTION PN ET EFFET HALL QUANTIQUE FRACTIONNAIRE

RÉSUMÉ DU SUJET

Les gaz d’electrons bidimensionnels presentent une grande variete de comportement

sous champ magnetique incluant l’effet Hall quantique fractionnaire. Dans cet etat de la matiere

la physique est decrite par des quasiparticules possedant des charges fractionnaires de celle de

l’electron ainsi que des statistiques qui ne sont ni bosoniques no fermioniques. Alors qu’il

existe des mesures qui montrent la fractionalisation de la charge electronique, il n’y a pas

encore de mesure de la statistique inhabituelle de ces quasiparticules. L’etude de ces phases de

la matiere electronique connaît un developpement rapide grace a la nanofabrication de

dispositifs en graphene qui permettent la manipulation precise des etats excites de l’effet Hall

fractionnaire. La manipulation des quasiparticules presente un double enjeu actuel : est-il

possible de manipuler ces objets en vue de faire du calcul quantique topologique (qui serait

resistant naturellement a la decoherence) et ces objets presentent-ils bien ces statistiques ni

bosoniques ni fermionques, question qui touche aux fondements de la mecanique quantique a

grand nombre de particules.

Des jonctions pn fabriquees avec du graphene sont en cours d’etude dans le laboratoire

voisin, dans le groupe de nanoelectronique du SPEC et ont montre la possibilite de maitriser la

conduction electronique en fonction du facteur de remplissage entier des niveaux de Landau du

graphene. Le but de cette proposition de these est l’etude de la physique de cette jonction dans

le regime du remplissage fractionnaire des niveaux de Landau ce qui necessite une extension

des etats de bord de ce systeme dans le case ou on a des degres de liberte de spin et vallee qui

jouent un rôle dans la dynamique. Ce probleme sera aborde par une conjonction de techniques

tant analytiques que numeriques. Il s’agira egalement d’interagir avec le groupe de

nanoelectronique du SPEC pour bien caracteriser les regimes importants dans les experiences.

La premiere question sera la nature de l’effet Hall fractionnaire en volume pour les fractions les

plus visibles dans les experiences dont on sait d’ores et déjà qu’elles ont un denominateur 3.

Ceci ne suffit pas a les caracteriser entierement a cause des degres de liberte de spin et de vallee

du graphene. Ensuite pour les fractions susceptibles d’etre vues experimentalement il s’agira de

determiner leurs etats de bord et de decrire leur comportement dans une jonction de type pn. Le

but un peu plus lointain est ensuite de decrire la formation des interferences dans un dispositif

de type Mach-Zehnder dans le regime fractionnaire pour les differents etats de Hall accessibles.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

M2 physique theorique

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de Physique Théorique
Service de Physique Théorique
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2020
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Thierry JOLICOEUR  

cnrs
LPTMS
IPhT, CEA/DRF
91191 Gif sur Yvette

Téléphone : +33 1 69 08 75 12

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Physique en Île-de-France (EDPIF)
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