Bruit de charge d'une source d'électrons uniques subnanoseconde

par Adrien Mahé

Thèse de doctorat en Physique quantique

Sous la direction de Jean-Marc Berroir.

Soutenue en 2009

à Paris 6 .

mots clés

• Physique mésoscopique
• Boîte quantique
• Source d'électrons uniques
• Bruit haute fréquence
• Gaz bidimensionnel d'électrons
• Dynamique électronique cohérente

Résumé

L’objet de cette thèse est la caractérisation d’une source d’électrons uniques subnanoseconde réalisée à partir d’une boîte quantique gaz bidimensionnel d’électrons. Nous tout d’abord mis en évidence la quantification du courant alternatif moyen en unités de 2ef, où f est la fréquence d’excitation de la source, lorsque la tension appliquée compense l’énergie d’addition de la boîte. Cette quantification correspond à l’injection d’un unique électron et d’un unique trou par période du signal excitateur, au début de chaque alternance. Le temps de sortie des charges est contrôlé par la transmission de la barrière tunnel entre la boîte et le réservoir. Nous avons ensuite construit un dispositif cryogénique original de mesure du bruit haute fréquence extrêmement sensible et très stable, qui nous a permis de mesurer le bruit de la source d’électrons uniques. Nos résultats sont en très bon accord avec deux modèles théoriques que nous avons développés. Le premier est un modèle de diffusion très général. Le second est un modèle heuristique simple, permettant de mieux comprendre les origines physiques du bruit observé. Nous avons ainsi identifié un régime de bruit de grenaille lorsque la charge émise par demi-période est petite devant 1. À l’inverse, lorsque la charge émise est proche de 1, le modèle prédit un régime de bruit de phase correspondant à l’incertitude quantique sur l’instant de sortie des charges. L’accord observé avec les mesures confirme l’émission de charges uniques par notre source dans certains régimes. Celle-ci sera ensuite utilisée pour réaliser des expériences similaires à celles de l’optique quantique.

Titre traduit

Charge noise of a subnanosecond single electron source

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