Collision Experiments in Quantum Hall Conductors - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Collision Experiments in Quantum Hall Conductors

Mesures expérimentales de collisions dans les conducteurs à effet Hall quantique

Hugo Bartolomei

Résumé

Thanks to the development of the semiconductor industry, we are able to grow 2D material with fewer and fewer impurities, which at very low temperature offers a medium in which electrons can propagate in a straight line without being scattered by any defect. The study of the Hall resistivity of such material led to the discovery of the Quantum Hall effect in 1980. In such material, the current transport occurs at the boundaries of the material through an integer number of one dimensional edge states, whereas the bulk remains insulating: edge states can be considered as a perfect one dimensional quantum wire. This offers a unique playground to manipulate single electronic coherent excitations in a very controlled way: we have been able to design most of the Quantum interferometers first introduced in the field of Optics to describe photons, but with its fermionic counter-part the electrons. Beside the tool it provides to build electronic interferometers, the quantum Hall effect introduced new theoretical development. Discovered only two years after the integer effect, the fractional quantum Hall effect (FQHE 1982) introduces the concept of anyon: for some value of the filling factor, electrons condense into a strongly correlated quantum phase in which the elementary excitations of the system are described by particles with fractional charge, and fractional exchange statistics. This manuscript describes the recent achievements in the field of quantum Hall interferometry. The main development is about the implementation of a Fractional quantum Hall collider at nu=1/3, which led to the first experimental observationof fractional statistics.
Grâce au développement de l'industrie des semi-conducteurs, nous sommes en mesure de fabriquer des matériaux 2D avec de moins en moins d'impuretés, qui offre à très basse température un milieu dans lequel les électrons peuvent se propager en ligne droite sans être. L'étude de la résistance Hall d'un tel matériau a conduit à la découverte de l'effet Hall quantique en 1980. Dans un tel matériau, le transport du courant se produit aux bords de l’échantillon, par l’intermédiaire d’un nombre entier de canaux de bords 1D, tandis que le cœur du matériau reste isolant. Ceci nous offre un outil pour manipuler des excitations électroniques cohérentes de manière très contrôlée, permettant de reproduire la plupart des interféromètres quantiques introduits pour la première fois dans le domaine de l'optique pour décrire les photons, mais avec les électrons. Au-delà de l'outil qu'il fournit pour construire des interféromètres électroniques, l'effet Hall quantique introduit des nouveaux développements théoriques : l’effet Hall quantique fractionnaire (FQHE 1982) introduit le concept d'anyon. Pour une certaine valeur du facteur de remplissage, les électrons condensent en une phase quantique fortement corrélée dans laquelle les excitations élémentaires du système sont décrites par des particules ayant une charge fractionnaire, et une statistique d'échange fractionnaire. Ce manuscrit aborde les avancées récentes dans le domaine de l'interférométrie à effet Hall quantique. Le principal résultat concerne la mise en œuvre d'un collisionneur à Hall quantique fractionnaire à nu=1/3, qui a conduit à la première observation expérimentale de la statistique fractionnaire des états de Laughlin.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03828422 , version 1 (25-10-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03828422 , version 1

Citer

Hugo Bartolomei. Collision Experiments in Quantum Hall Conductors. Physics [physics]. Sorbonne Université, 2022. English. ⟨NNT : 2022SORUS103⟩. ⟨tel-03828422⟩
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