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Thèse Année : 1997

Temporal Quantum Fluctuations ofCurrent in NanostructuresTemporal Quantum Fluctuations ofCurrent in NanostructuresTemporal Quantum Fluctuations ofCurrent in NanostructuresQuantum fluctuations of the current in nanostructures

Fluctuations temporelles quantiques du courant dans des nanostructures

Résumé

In a mesoscopic conductor, the transport of current is coherent : the associated wave of the electrons keeps a well defined phase, so that one can observe interference effects. Transport in this regime has been extensively studied in the last decade, and the main features are well un-derstood. In this thesis, we did focus on another aspect of the quantume transport, the noise. The purpose is to detect the fluctuations of the current around its average value. Our work is divided in three parts : first, we have measured shot noise in a quantum point contact. Shot-noise is due to the granularity of the charge. In a classical conductor, it is directly related to the current. We have shown that in a quantum conductor, such as a quantum point contact, quantum correlation due to the Pauli principle reduce the shot-noise, and that it can even be suppressed under certain conditions. In a second part, we did use the fact that shot-noise is sensitive to the charge of the car-riers to detect the fractionally charged quasiparticles of the quantum Hall effect. The existence of the quasiparticles has been predicted since 1983, but no experimental observation has been reported up to now. By inducing a current of quasiparticles between the two edges of a sample in the fractional quantum Hall effect regime, and by measuring the noise associated with this current, we have proved it to be SI=2(e/3)I. This is actually a direct measurement of the charge of the carriers in the fractionnal quantum Hall regime, which is found to be e*=e/3 as predicted by the theory. Finally, the third part of our work is devoted to a subject closer to the applied physics, namely the measurement of low frequency noise in quantum dots. As quantum systems are more and more studied for potential applications, it is crucial to caracterize the low frequencuy noise (« 1/f » noise).We have found that this is due to free charges moving on the substract around the dot, and that any improvement of the noise of such systems goes through an improvement of the wafers.
Dans un conducteur mésoscopique, le transport du courant se fait de façon cohérente : l'onde associée aux électrons garde une phase bien définie, ce qui permet d'observer des effets d'interférence électronique. Le transport dans ce régime a été largement étudié depuis une dé-cennie, et les grandes lignes en sont bien comprises. Dans cette thèse, nous nous sommes intéres-sés à un autre aspect du transport quantique, les mesures de bruit. Il s'agit de détecter les fluctua-tions du courant autour de sa valeur moyenne. Notre travail est divisé en trois parties : tout d'abord, nous avons mesuré le bruit de gre-naille dans un contact ponctuel quantique. Le bruit de grenaille est lié à la granularité de la charge. Dans un conducteur classique, il est directement relié au courant. Nous avons montré que dans un conducteur quantique, comme un contact ponctuel quantique, les corrélations quantiques dues au principe de Pauli réduisent le bruit de grenaille, et peut même l'annuler dans certaines conditions. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé le fait que le bruit de grenaille soit sensible à la charge des porteurs pour détecter les quasiparticules de charge fractionnaire de l'effet Hall quantique fractionnaire. L'existence de ces quasiparticules avait été prédite dès 1983, mais au-cune observation expérimentale n'avait été rapportée jusqu'alors. En induisant un courant de quasiparticules entre les deux bords d'un échantillon en régime d'effet Hall quantique fraction-naire, et en mesurant le bruit associé, nous avons montré que celui-ci vaut SI=2(e/3)I. Il s'agit donc d'une mesure directe de la charge fractionnaire des porteurs du courant en régime d'effet Hall quantique fractionnaire, qui vaut e*=e/3, comme prévu par la théorie. Enfin, la troisième partie de la thèse est consacrée à un sujet plus proche de la physique appliquée, la mesure du bruit basse fréquence dans des boîtes quantiques. Les systèmes quanti-ques commencent à être étudiés en vue d'applications, et il est donc essentiel de caractériser leur bruit basse fréquence (bruit en « 1/f »). Nous avons montré que celui-ci est dû à des charges se déplaçant sur le substrat à proximité de la boîte, et que l'amélioration des caractéristiques de bruit de ces dispositifs passait donc par un important travail sur les substrats.
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Dates et versions

tel-00006368 , version 1 (05-07-2004)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00006368 , version 1

Citer

Laurent Saminadayar. Fluctuations temporelles quantiques du courant dans des nanostructures. Matière Condensée [cond-mat]. Université Paris Sud - Paris XI, 1997. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00006368⟩
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