Inelastic mechanisms in mesoscopic circuits realized in two dimensional electron gases

• Auteur / Autrice : Carles Oriol Altimiras Martin
• Direction : Denis-Christian Glattli, Dominique Mailly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hall quantique, Effet

Gaz d'électrons

Systèmes mésoscopiques

Mots clés libres

Physique mésoscopique

Gaz bidimensionnel d'électrons

Mécanismes inélastiques

Transport d'énergie

Spectroscopie électronique

Blocage de Coulomb dynamique

Conducteur cohérent

Résumé

Cette thèse présente des expériences sondant les processusd'intéraction inélastiques dans des cirucuits mésoscopiques réalisés dans des gaz bidimensionnels d'électrons. Nous explorons les régimes de l'effet Hall quantique entier et fractionnaire, ainsi que les intéractions entre un conducteur cohérent et le circuit dans lequel il s'insère; Nous abordons le régime de l'effet Hall quantique sous l'angle du transport d'énergie; Nous démontrons la spectroscopie hors équilibre de la distribution en énergie d'un canal de bord, utilisant une boîte quantique comme filtre à énergie. Des situations hors équilibre sont générés grâce à un contact ponctuel quantique polarisé en tension. Avec ces outils nous soudons la dynamique hors équilibre pour deux canaux co-propageants (nu=2). Nous observons une forte relaxation en énergie qui défie l'image usuelle sans intéractions et identifions l'interaction inter-canal comme mécanisme dominant. Nous démontrons aussi deux schémas permettant d'augmenter et diminuer la relaxation d'un canal. Des mesures similaires dans le régimefractionnaire à nu=4/3, révèlent un flux d'énergie antichiral, alors que le courant électrique reste chiral. Nous montrons que le flux d'énergie antipropageant est porté par des excitations de volume neutres. L'impédance d'un conducteur cohèrent est modifée par son environnement, modifiant les lois usuelles de composition d'impédances. C'est effet, connu comme blocage de Coulomb dynamique, est prédit d'être pondéré par le même facteur de Fano apparaissant dans le bruit de granaille. Nous avons démontré ce fort lien en mesurant la conductance d'un contact ponctuel quantique inséré dans un circuit modifiable in-situ.

This thesis presents an experimental investigation of inclastic interaction effects in mesocopic circuits, realized in two dimensional electron gases. We explore the regimes of the integer and fractional quantum Hall effect, and the interactions between a coherent conductor and the circuit in whish it is embedded. We investigate the quantum Hall regimes under the point of view of energy transport. We demonstrate the non-equilibrium spectroscopy of th electronic energy distribution of an edge channel, using a quantum dot as an energy filter, while the edge channel is driven out of equilibrium with a voltage biased quantum point contact. With these tolls, we probe the non equilibrium dynamics along two co-propagating edge channels (nu=2). We observe a strong energy relaxation, challenging the widespread picture of non-interacting channels, and identify inter-channelinteractions, without particleexchanges, as the dominant inclastinc mechanism. We further demonstrate two techniques permitting us to increase, and freeze, the energy relaxation. Similar experiments performed in the fractional regime at nu=4/3, reveal an antichiral energy flow , while the electric current is found to follow the expected chirality. Weshow that the antichiral energy flow is carried by neutral bulk excitations. The impedance of coherent conductor is modified by its environment, modifying the usual impedance composition laws. This effect, know as dynamical Coulomb blockade, has been predicted to be renormalized by the Fano factor emerging in the conductorés shot noise. We demonstrate this strag link by measuring the condtance of aquentum point contact embedded in a tunable circuit.