Dynamique quantique de la phase et de la charge dans les chaînes des jonctions Josephson

Quantum phase and charge in Josephson junction chains

• Auteur / Autrice : Thomas Weissl
• Direction : Wiebke Guichard, Olivier Buisson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance le 28/10/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : David B. Haviland
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yuli V. Nazarov, Hervé Courtois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexander Zorin, Daniel Estève

Mots clés

Mots clés contrôlés

Josephson, Jonctions

Théorie quantique

Mots clés libres

Mécanique quantique

Supra-conducteur

Jonction Josephson

Phase

Charge

Quantum mechanics

Superconductivity

Josephson junction

Phase

Charge

Résumé

Dans cette thèse intitulé "Dynamique quantique de la phase et de la charge dans des chaînes des jonctionsJosephson", une étude expérimentale et une description théorique des effets quantiques des phases et descharges dans les chaînes de jonctions Josephson est présenté.La dynamique des chaînes de jonctions est dominé par deux échelles d'energie: l'energie Josephsonrelié a la superposition des fonctions d'ondes de deux électrodes et l'energie de charge relié a l'énergieélectrostatique des charges sur les deux électrodes. La réalisation d'un état quasi-classique de la chargenécessite une énergie de charge importante pour diminuer lesfluctuation quantique de la charge. En plus,le temps de relaxations de la jonctions dois être augmenté par un environnement a haute impédance.Un état de charges localisé a été réalisé sur une jonctions Josephson dans un environnement inductiveréalisé par une chaîne de jonction Josephson. L'état de charge localisé se manifeste par l'apparition d'undomaine a haute résistances dans les caractéristques courant-tension.Une chaînes des jonctions n'est pas une inductances parfaite. Des résonances electro-magnétique lié a lacapacité vers la masse des îlots supra-conducteurs altèrent la localisation de charge.Une characterisation des effets de pertes et des non-lineartés de ces résonances a été effectué.

In this thesis entitled ' Quantum phase and charge dynamics in Josephson junction chains ' an experimental study and theoretical description of quantum effects of phases and charges in chains of Josephsonjunctions is presented.The dynamics of Josephson junction chains are dominated by two different energy scales: the Josephsonenergy, which is related to the overlap of the superconducting wave functions of the two superconductorsforming the junction and the charging energy that is related to the electrostatic energy of the Cooper-pairs on the islands. The realization of a well-defined charge state on a Josephson junction requires a highcharging energy to suppress the quantumfluctuations of the charge. In addition, the charge relaxationtimes must be increased by inserting the junction in a high impedance environment.We have realized such a well-defined charge state on a Josephson junction in an inductive environmentthat is formed by a Josephson junction chain. The localized charge state manifest itself by the appearanceof a high resistive regime in the current-voltage characteristic.A Josephson junction chain is however not a perfect inductor. Electromagnetic resonances related withthe finite ground capacitance of the superconducting islands influence the charge localization.We have characterized the effect of losses and nonlinearities on the electromagnetic resonances of Josephson junction chains in microwave spectroscopy measurements.