Etude du transport électronique dans des systèmes mésoscopiques : interféromètre à anneau

par Mikaël Cassé

Thèse de doctorat en Matériaux, technologie et composants de l'électronique

Sous la direction de Jean-Claude Portal.

Soutenue en 2001

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Ce travail s'intéresse à l'étude des propriétés de transport d'un système interférentiel fabriqué à l'interface d'une hétérostructure semiconductrice AlGaAs/GaAs à modulation de dopage. Il s'agit d'un interféromètre électronique en forme d'anneau, dont le principe de base repose sur l'effet Aharonov-Bohm (AB), transposé à la physique du solide. Cet effet est directement dû à l'influence d'un champ électromagnétique sur la phase de la fonction d'onde d'un électron. Nos mesures ont été réalisées sur des échantillons à forte mobilité, pour lesquels la longueur de cohérence de phase lj est grande devant les dimensions du système, et dans le régime de transport balistique. Tout d'abord, notre étude expérimentale a porté sur la dépendance en température des oscillations AB. Nous avons montré que celle-ci peut être comprise en termes de probabilité de transmission à travers les états propres de l'anneau. Un modèle numérique basé dur le faible couplage entre l'anneau et les réservoirs d'électrons permet de retrouver les données expérimentales, à condition toutefois de tenir compte de l'énergie de charge due aux répulsions Coulombiennes. Les résultats expérimentaux suivants renforcent encore cette hypothèse, en s'inscrivant dans la cohérence du raisonnement. Ainsi, lorsque la tension de grille, qui recouvre la totalité de la structure, à savoir les deux bras de l'anneau, varie de manière continue, la phase des oscillations de la magnétorésistance change brusquement de 0 à p, avec l'apparition d'oscillations intermédiaires de fréquence double, c'est à dire de période apparente h/2e. Les mêmes effets sont observés lorsque l'on applique un courant de polarisation. Ces mesures suggèrent que les propriétés électroniques de l'anneau sont le reflet direct du spectre, et que nous avons donc réalisé la spectroscopie d'un anneau mésoscopique.


  • Résumé

    The present work deals with the study of transport properties of an interferential system, fabricated at the interface of a modulation doped AlGaAs/GaAs semiconductor heterostructure. The principle of this electron interferometer is based on the solid state Aharonov-Bohm effect. This effect is due to the influence of an electromagnetic field on the phase of the electron wave function. We have measured high mobility samples, in which the phase coherence length lj is greater than the dimensions of the system, in the ballistic transport regime. First, we investigate the temperature dependence of AB oscillations. We show that the results can be understood in terms of transmission probability through the eigenstates of the ring. A numerical model based on weak coupling between the ring and the leads fits the experimental data, provided that we take into account the charging energy due to Coulomb repulsions. Other experimental results strengthen this assumption of weak coupling. When the gate voltage, which cover the entire structure, i. E both arms, is swept in a continuous way, the phase of the oscillations of magnetoresistance switches between 0 and p. These changes are accompanied by intermediate h/2e oscillations. Similar effects are observed when a DC-bias current is applied. These measurements suggest that the electronic properties of the ring are directly connected to the energy spectrum, so that we have performed a spectroscopic investigation of a mesoscopic ring.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 184 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2001/605/CAS
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.