Confinement quantique dans les nanocristaux supraconducteurs et transport électronique dans les réseaux de nanocristaux métalliques

par Helena Moreira

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jérôme Lesueur.

Soutenue en 2009

à Paris 6 .

mots clés

• Nanocristaux
• Supraconducteurs
• Confinement quantique
• Réseaux
• Conductivité
• Blocage de Coulomb

Résumé

Une 1ère partie de cette thèse présente le développement d’une synthèse chimique de nanocristaux supraconducteurs de plomb produisant de grandes quantités de nanocristaux monodisperses. Celle-ci permet de réaliser des mesures précises des propriétés thermodynamiques supraconductrices en fonction de la taille des nanocristaux. Des mesures de susceptibilité magnétique de ces nanocristaux sont présentées afin d’analyser l’amplitude de l’effet Meissner en fonction de la taille des nanocristaux. Entre 10 et 30 nm, l’amplitude de l’effet Meissner est plus faible de plusieurs ordres de grandeurs que la valeur prédite par la théorie de Ginzburg-Landau. De plus, cet effet est totalement supprimé pour des diamètres inférieurs à 16 nm. Ainsi, le confinement quantique altère l’état superfluide même pour des tailles supérieures au critère d’Anderson qui contrôle l’existence des paires de Cooper dans le nanocristal. Dans une 2de partie, nous présentons une étude du transport électronique dans des réseaux de nanocristaux d’or. L’évolution des propriétés de conduction est présentée en fonction du couplage entre nanocristaux par des molécules alcanedithiols. La conductivité du réseau augmente fortement pour de petites chaînes alcanes sans conduire à un état métallique. A 4K, les caractéristiques I(V) montrent un comportement non-linéaire avec une tension seuil VT pour l’établissement d’un courant dans le réseau. Ce comportement propre au blocage de Coulomb est analysé par le modèle de Middleton et Wingreen. Au voisinage du point critique VT, la loi reliant I à V suit la relation I ~ Vζ. La valeur de l’exposant trouvée suggère que le transport est dominé par des mécanismes de co-tunneling.

Titre traduit

Quantum confinement in superconducting nanocrystals and electrical conductivity in arrays of metallic nanocrystals

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