une étude pour la détection de signaux quantiques

Nom Laboratoire : Laboratoire de Physique des Solides
Code d'identification CNRS : UMR 8502
Nom du ou des responsables du stage ou thèse : Julien Gabelli et Bertrand Reulet
e-mail : [email protected]; [email protected]
téléphone : 01 69 15 53 65
Lieu du stage: Université Paris-Sud, Bât. 510, 91405 Orsay.
Mesure des fluctuations quantiques du courant dans une jonction tunnel:
une étude pour la détection de signaux quantiques
L’une des thématiques développée dans l’équipe NS2 concerne l’étude des fluctuations
de courant dans des conducteurs mésoscopiques. A l’échelle mésoscopique, les effets
liés à la cohérence de phase des ondes électroniques et à la statistique quantique des
électrons ne peuvent plus être ignorés. Bien que la description théorique des
phénomènes observés fasse intervenir l’opérateur courant Î, l'expérience consiste le plus
souvent à mesurer un courant classique Imes dont la valeur et donnée par un appareil de
mesure macroscopique. Il paraît alors naturel d'observer que le courant mesurer est égal
à la moyenne du courant quantique sur les états électroniques considérés. Il en est de
même pour la mesure des fluctuations de courant ∆Imes2 dans la limite des fréquences
nulles et on écrit alors:
I mes = Iˆ
et
2
∆I mes
= Iˆ 2 − Iˆ
2
Cette correspondance entre grandeur classique et grandeur quantique, si elle est
naturelle, n'est cependant pas évidente. Elle trouve son origine dans le principe de
conservation de la charge (tout électron traversant le système quantique est mesuré par
l'ampèremètre) et il en est tout autrement dans le cas d'une mesure effectuée à fréquence
finie. L’une des problématiques abordées par l’équipe est la mesure des fluctuations de
courant dans le régime quantique, i.e. le régime pour lequel l'énergie par mode est
supérieure à l'énergie de polarisation du conducteur: hω >> eV , k B T .Ces questions sont
reliées aux problèmes de la photo-détection en optique quantique et, plus généralement,
à celui de l'amplification d'un signal électronique quantique faisant le pont entre la
statistique des photons émis par le conducteur et la statistique des courants le traversant.
Le stage proposé consistera en la mise en œuvre d’une expérience permettant la mesure
des moments d’ordre supérieurs des fluctuations de courant dans le conducteur
mésoscopique le plus simple qui soit : la jonction tunnel. Les diverses techniques
expérimentales abordées iront du traitement du signal hyperfréquence (GHz) à la
détection de celui-ci en passant par l’utilisation de techniques cryogéniques standards
(basse et très basse températures).