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Thèse Année : 2008

Quantum coherence in the integer quantum Hall regime

Etude de la cohérence quantique dans le régime d'effet Hall quantique entier

Preden Roulleau
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 856732

Résumé

This work is devoted to the study of decoherence process in the integer quantum Hall regime. In this regime, the current is carried by one dimensional chiral edge channel. These electronic beams are then controlled with mesoscopic beam splitters, the quantum point contacts (QPC). A precise tuning of these QPC enables us to obtain interferences of the conductance. The study of the visibility of these oscillations probes the coherence of the system. In a first part, we have studied the visibility as a function of the bias when the inner edge state is reflected and have observed a lobe structure. We have shown that for a single side lobe, a Gaussian phase averaging can explain this lobe structure. When the inner edge state is transmitted, the visibility decreases monotonously as a function of the bias: we have shown that it resulted from coupling between the inner and outer edge state. In a second part, we have studied the temperature dependence of the visibility in MZIs of different sizes, have extracted for the first time a measurement of the coherence length in the quantum Hall regime and have shown its proportionality to 1/T. We were interested then in the origin of this finite coherence length. We have shown that thermal fluctuations of the inner edge state combined with the coupling between the inner and outer edge state were the source of decoherence. In a last experiment, we have achieved the first experimental realization of the theoretically widely used voltage probe.
Ce travail est consacré à l'étude des processus de décohérence dans le régime Hall quantique entier. Le transport électronique se fait alors par un ou plusieurs canaux unidimensionnels chiraux le long du bord de l'échantillon, contrôlés par des lames séparatrices mésoscopiques ou contacts ponctuels quantiques. Un réglage fin de ces contacts ponctuels quantiques permet d'obtenir des interférences de la conductance. L'étude de la visibilité de ces oscillations nous permet de sonder la cohérence du système. Dans un premier temps, nous avons étudié la visibilité en fonction de la tension drain source lorsque le canal interne est réfléchi et avons observé une structure en lobe. Nous avons montré qu'en présence d'un seul lobe, une moyenne gaussienne de la phase permettait de comprendre cette structure en lobe. Lorsque le canal interne est transmis la visibilité en fonction de la tension devient monotone: on comprend ce résultat en tenant compte du couplage entre le canal externe et interne. Dans un deuxième temps nous avons étudié la dépendance en température de la visibilité sur des MZI de différentes tailles, avons extrait pour la première fois une mesure de la longueur de cohérence de phase en régime Hall quantique et avons montré qu'elle était proportionnelle à 1/T. Nous nous sommes ensuite intéressés à l'origine de cette longueur finie de cohérence de phase. Nous avons montré que les fluctuations thermiques du canal interne combinées au couplage entre canaux étaient la source de décohérence. Enfin dans une troisième expérience, nous avons obtenu la première réalisation expérimentale quantitative d'un objet largement utilisé en théorie: la "sonde en tension".
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Dates et versions

tel-00348151 , version 1 (17-12-2008)
tel-00348151 , version 2 (03-01-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00348151 , version 2

Citer

Preden Roulleau. Quantum coherence in the integer quantum Hall regime. Condensed Matter [cond-mat]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00348151v2⟩
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