Transport électronique contrôlé par micro-ondes dans des microstructures asymétriques : effet ratchet mésoscopique

par Sami Sassine

Thèse de doctorat en Matériaux, Technologies, Electronique, Telecommunications

Sous la direction de Jean-Claude Portal.

Soutenue en 2007

à Toulouse, INSA .

mots clés

• Réseaux d'antipoints
• Transport electronique
• Microgenerateurs
• Semiconducteurs
• Microondes
• Microstructure (physique)
• Gaz d'électrons
• Transport des électrons, Théorie du

Résumé

Ce mémoire présente l’étude du transport électronique directionnel, induit par des radiations micro-ondes polarisées linéairement, dans des microstructures artificielles asymétriques à base de semiconducteurs. Les échantillons utilisés sont des gaz d’électrons 2D de haute mobilité basés sur des hétérojonctions AlGaAs/GaAs. Des réseaux d’antipoints semi-circulaires ont été fabriqués sur ces échantillons pour en contrôler les propriétés de transport. Nous avons mis en évidence ce phénomène de transport directionnel se traduisant par l’apparition d’une tension électrique continue (2–20 mV) dans le réseau d’antipoints asymétrique lors de l’application de micro-ondes de fréquence 33–75 GHz. Nous avons montré qu’il est possible de changer la direction de ce transport en changeant la direction de la polarisation linéaire. En outre, l’effet dépend linéairement de la puissance des micro-ondes, il disparaît à la température de l’azote liquide lorsque le libre parcours moyen devient comparable à la distance entre les antipoints. Finalement, il est supprimé par l’application d’un champ magnétique relativement faible (0. 2 T). Les mesures dans des réseaux d’antipoints circulaires (symétriques) ont montré l’absence de cet effet ratchet. Les comparaisons aux prédictions théoriques récentes sur ce sujet montrent un bon accord entre la théorie et l’expérience. Cette investigation expérimentale offre des perspectives d’applications industrielles : les structures étudiées dans ce mémoire peuvent être utilisées pour fabriquer des micro-générateurs de courants et des nouveaux détecteurs de radiations électromagnétiques sensibles à la polarisation et ayant une réponse linéaire à la puissance

Titre traduit

Electronic transport controlled by microwaves in asymmetric microstructures : mesoscopic ratchet effect

Résumé

In this thesis we present the study of directed electron transport, induced by linear-polarized microwave radiations, in artificial asymmetric microstructures based on semiconductors. The samples used are high mobility two-dimensional electron gases based on AlGaAs/GaAs heterojunctions. Lattices of semicircular-shaped antidots were fabricated on these samples in order to control the transport properties. We clearly observed directed transport phenomenon which results in the appearance of a dc-voltage (2–20 mV) in the asymmetric antidot lattice under irradiation with microwaves of frequency 33–75 GHz. We demonstrated that it is possible to change the direction of the transport by changing the direction of the linear polarization. Moreover, the effect depends linearly on the microwave power; it disappears at liquid nitrogen temperature when the electron mean free path becomes comparable to the distance between antidots. Finally, it is suppressed by the application of a relatively low magnetic field (0. 2 T). The measurements in lattices of circular (symmetric) antidots demonstrated the absence of this “ratchet” effect in this case. The qualitative and quantitative comparisons to recent theoretical predictions show a good agreement between theory and experiment. This experimental investigation offers perspectives for industrial applications: the structures studied in this thesis can be used to fabricate new micro-scale current generators and new electromagnetic radiation detectors sensitive to polarization and having a linear response to the microwave power