Vers une expérience de Hong-Ou-Mandel en vue d'explorer la statistique anyonique dans l'effet Hall fractionnaire

Towards Hong-Ou-Mandel experiments to explore the anyonic statistics in the fractional Hall effect

• Auteur / Autrice : Imen Taktak
• Direction : Denis-Christian Glattli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 07/05/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Adeline Crépieux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Janine Splettstoesser, Masaya Kataoka, Hélène Bouchiat, Takis Kontos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Janine Splettstoesser, Masaya Kataoka

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anyons

Bruit de grenaille

Hall quantique, Effet

Systèmes mésoscopiques

Mots clés libres

Physique mésoscopique

Effet Hall quantique

Statistique d’exclusion

Bruit de partition

Mesoscopic physics

Quantum Hall effect

Exclusion statistic

Partition noise

Résumé

Les particules élémentaires sont classées en deux familles selon leur statistique d'exclusion : les fermions et les bosons. Dans des systèmes mésoscopiques bidimensionnels soumis à un fort champ magnétique, un nouveau type de quasi-particules appelées "anyons" peut apparaître. Dans le régime d'effet Hall quantique fractionnaire (FQHE), les anyons sont un exemple de statistique intermédiaire entre les photons et les fermions. L'objectif à long terme de ce travail est de mesurer la statistique des anyons par des expériences de type Hong Ou Mandel (HOM) électronique dans le domaine temporel. Une telle expérience nécessiterait trois QPCs (Quantum Point Contact): deux pour réaliser les sources d'anyons et un troisième pour réaliser un "beam-splitter" électronique. La première étape est l'étude d'un système plus simple à un QPC afin de tester la faisabilité et la compréhension de mesures HOM dans l'effet Hall entier et factionnaire. Avec un unique QPC, les particules émises grâce à des pulses de tensions appliqués sur des contacts de part et d'autre du QPC peuvent être considérées comme des fermions, même dans le régime d'effet Hall factionnaire. Nous présentons les premières mesures d'interférences HOM fermioniques dans ce régime de FQHE. Nous observons une bonne suppression du bruit ("HOM dip") comme attendu pour des corrélations fermioniques, mais limité à 65 % au lieu des 100 % attendus. Nos mesures pointent sur la nécessité d'améliorer l'expérience ainsi que notre compréhension avant d'aborder l'étude des corrélations anyoniques.

Elementary particles are usually classified into two categories depending on their exclusion statistics: bosons and fermions. In bidimensional mesoscopic conductors subject to a strong magnetic field, new kind of quasi-particles (called "anyons") can emerge. In the fractional quantum Hall effect (FQHE), anyons are an example of exchange statistics intermediate between bosons and fermions. The long term goal of this work is to perform "Hong Ou Mandel" (HOM) experiments for detecting anyonic statistics in time domain using a 3-QPC (Quantum Point Contact) sample (2 QPCs being used to generate single anyons and a central QPC as a beam splitter to perform 2-particle anyonic HOM correlation). Prior that, we explored a simpler system with a single QPC beam-splitter in order to test our ability to perform HOM measurements in the integer and fractional quantum Hall regime. With only one QPC beam-splitter, the particles emitted from voltage pulses applied on ohmic contacts on both sides of the QPC have to be considered like electrons (fermions) even in the FQHE. We present the first HOM noise measurements in the FQHE. We observe a large HOM dip at zero time delay, but not as high as the expected 100% deep of pure fermionic correlations. This points towards the need of improving the experimental setup and our understanding before addressing the study of anyonic correlations.