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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-19-0504

DOMAINE DE RECHERCHE
Physique mésoscopique / Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français English

Temps de tunneling électronique et ses fluctuations

RÉSUMÉ DU SUJET

Défiant notre intuition classique, l'effet tunnel a fasciné les physiciens pendant des décennies. Très vite après sa découverte, se posa la question de combien de temps passent les particules qui "tunnellent" sous la barrière classiquement interdite. Malgré son conté intuitif, cette question est mal posée du point de vues des observables quantiques, et n'admet donc pas de réponse unique ce donnant lieu a de multiples définitions correspondantes à différentes expériences de pensée.

Suivant un proposition de Büttiker et collaborateurs [1], nous proposons d'étudier expérimentalement cette question du point de vue d'une observable bien définie: en mesurant le spectre des fluctuations temporelles du nombre des particules se trouvant sous la barrière de potentiel classiquement interdite. L'idée consiste à exploiter des gaz bidimensionnels d'électrons ou des barrières de potentiel sont générées en appliquant un champ électrostatique à des grilles couplées capacitivement. Les même grilles peuvent aussi être utilisées pour collecter les charges miroir qui se développent en réponse aux fluctuations de densité présentes sous la barrière de potentiel et qui sont générées par les électrons qui "tunnellent". Malgré la simplicité conceptuelle, implémenter cette expérience suppose un défi technique, car cela demande de mesurer un petit signal radiofréquence émis par une source de très haute impédance de sortie dans un environnement cryogénique (sub-Kelvin). Afin de répondre à ce défi, nous nous appuierons sur l'expertise du groupe dans le design microondes, ainsi que dans les techniques de mesures RF de très bas bruit dans des environnements cryogéniques, notamment en implémentant des techniques récemment développées pour s'adapter à des hautes impédances [2] nous permettant ainsi de collecter efficacement le signal dans une chaine de détection RF.

Dans un deuxième temps, nous proposons de conduire des expériences similaires dans des conditions expérimentales où l'interaction électron-électron modifie fortement le transport à travers la barrière de potentiel. Notamment, une transition de phase quantique métal/isolant est pilotée par cette interaction lorsqu'un fil 1D présente une impureté, donnant lieu à une dynamique de liquide quantique fortement corrélé [3] (Liquide de Tomonaga-Lutinger). Des études théoriques récentes [4] ont mis en avant que le temps de résidence sous la barrière joue un rôle proéminent dans cette physique, nous souhaitons donc tester ces prédictions pendant la deuxième partie de la thèse.

L'étudiant participera au design microonde des échantillons, à leur fabrication en salle blanche, ainsi qu'à leur mesure en exploitant des techniques de mesure ultra bas bruit dans le proche DC et dans les radiofréquences. Il apprendra aussi les techniques cryogéniques sub-Kelvin en travaillant notamment avec un réfrigérateur à dilution.

Références :

[1] Pedersen, van Langen, and Büttiker, Phys. Rev. B 57, 1838 (1998)

[2] Rolland et al., https://arxiv.org/abs/1810.06217

[3] Anthore et al., Phys. Rev. X 8, 031075 (2018)

[4] Altimiras, Portier and Joyez, Phys. Rev. X 6, 031002 (2016)

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

M2 physique de la matière condensé ou physique quantique

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service de Physique de l'Etat Condensé
Groupe Nano-Electronique
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/09/2019
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Carles ALTIMIRAS  

CEA
DRF/IRAMIS/SPEC/GNE
SPEC, Bat 772, Orme des Merisiers,
CEA-Saclay, Gif-sur-Yvette, 91190

Téléphone : +33 1 69 08 55 29

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

Patrice ROCHE

CEA
DRF/IRAMIS/SPEC/GNE
SPEC/IRAMIS/DSM
CEA/Saclay
91191 Gif sur Yvette Cédex