Transport quantique dans le graphène

par Claudia Ojeda-Aristizabal

Thèse de doctorat en Physique. Physique de la matière condensée

Sous la direction de Hélène Bouchiat.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Cette thèse étudie le transport électronique dans le graphène, le cristal monoatomique de carbone où les électrons se déplacent comme si ils étaient sans masse. Les expériences faites dans cette thèse peuvent être classifiées en deux régimes, un régime macroscopique où la longueur de cohérence de phase est plus petite que la taille de l'échantillon et un régime mésoscopique où les paquets d'onde des électrons interfèrent. Dans le régime macroscopique, on a réalisé des expériences qui ont permis d'élucider la nature des impuretés dans le graphène. Des mesures de magnétorésistance ont permis de déduire les temps de collision caractéristiques dans le graphène. La dépendance en fonction du vecteur d'onde de Fermi permet de conclure que les principaux centres diffuseurs du graphène sont des impuretés neutres, fortes et de courte portée avec pour possibles candidats les ad-atomes ou les lacunes. Dans le régime mésoscopique, nous nous sommes intéressés aux fluctuations universelles de la conductance, la signature la plus importante du transport cohérent. Les fonctions de corrélation de ces fluctuations ont permis de mettre en évidence des fortes différences entre la physique de la monocouche de graphène et la bicouche de graphène. On a aussi observé que l'amplitude des fluctuations en fonction de l'énergie varie avec le vecteur d'onde de Fermi. Cette variation est similaire dans les deux systèmes. Finalement, on a étudié l'effet de proximité avec un supraconducteur, qui tient également compte du transport cohérent. Par des méthodes de recuit à fort courant, un supercourant a été induit de façon progressive dans le graphène.


  • Résumé

    This thesis studies some aspects of quantum electronic transport in graphene, the two dimensional crystal made of carbon where conduction electrons behave as massless relativistic particles. Experiments done in this thesis can be classified in two different regimes, a macroscopic regime where there is no quantum interference effects between electrons (the phase coherence length is smaller than the size of the sample) and a mesoscopic regime, where electron's wave packets interfere. In the macroscopic regime, we have made experiments that led us conclude the nature of impurities that limit transport in graphene. With magnetoresistance measurements, we could deduce the characteristic scattering times in graphene. Their dependence on the Fermi wavelength let us conclude that the main scatterers in graphene are neutral strong short range impurities possibly ad-atoms or vacancies. In the mesoscopic regime, we were interested in universal conductance fluctuations, the most important signature of coherent transport in a system. Correlation functions of the conductance fluctuations show us the strong differences between the physics of the monolayer and the bilayer graphene. We found that the amplitude of fluctuations vary in a similar way in both systems as a function of the Fermi vector. Finally, we studied the superconducting proximity effect with a superconductor, which is also signature of coherent transport. Using a current annealing technique, we induced a supercurrent progressively in graphene.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (149 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 147-149

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)333
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.