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Univ. Paris-Saclay
Amélioration de la Cohérence Quantique dans le Régime d’Effet Hall Quantique Entier
 
SPEC
Jeudi 09/02/2012, 14:00
Amphi. Bloch, Bât. 774, Orme des Merisiers, CEA-Saclay

Manuscrit de la thèse.


Cette thèse est consacrée à l’amélioration de la cohérence dans le régime d’effet Hall quantique entier (EHQE) à facteur de remplissage ν=2, obtenu en appliquant un fort champ magnétique perpendiculairement au plan d’un gaz bidimensionnel d’électrons formé à l’interface d’une hétéro-structure semi-conductrice de GaAs/AlGaAs. On obtient alors des conducteurs unidimensionnels chiraux (états de bord) permettant de réaliser l’équivalent électronique de l’interféromètre de Mach-Zehnder (IMZ), pour étudier la cohérence dans ce régime. L’observation inattendue d’une structure périodique en forme de lobes (simples ou multiples) dans la visibilité des interférences en fonction de la tension appliquée en entrée suggère un rôle non négligeable des interactions.

Dans une première partie nous expliquons l’émergence des états de bord dans le régime d’EHQE. Nous faisons ensuite l’état de l’art des connaissances concernant leur cohérence. Puis nous présentons l’IMZ électronique du point de vue expérimental.

Ensuite, nous présentons les résultats expérimentaux, d’abord concernant la visibilité à tension finie: nos mesures confirment une prédiction théorique concernant une transition de phase quantique en fonction de la dilution de l’état de bord qui interfère ; nous ne voyons pas d’effet flagrant de la relaxation en énergie.

Enfin, ayant identifié clairement l’état de bord voisin de celui qui interfère comme limitant la cohérence dans des travaux précédents, nous avons réalisé un nouveau type d’échantillon afin de diminuer son couplage au système. Nous avons augmenté la cohérence de moitié en accord quantitatif avec les travaux précédents du groupe.

Effet Hall quantique entier – Cohérence quantique – États de bord – Interactions


Engineering quantum coherence in the integer quantum Hall effect regime

This PhD thesis is devoted to the engineering of quantum coherence in the integer quantum Hall effect regime (IQHE) at filling factor ν=2, obtained by applying a strong perpendicular magnetic field to a bidimensional electron gas formed at the interface of a GaAlAs/GaAs semiconducting heterostructure. Then unidimensional chiral conductors called edge states appear which can be used as electron beams to build the equivalent in condensed matter of a Mach-Zehnder interferometer (MZI) so as to study coherence in this regime. The unexpected periodic lobe structure of the visibility as function of the bias voltage suggests that interactions play an important role.In the first part, we explain how edge states emerge in the IQHE regime. We picture the state of the art on the edge states coherence. Then we present the MZI from the experimental point of view.Next we show our results, first concerning the visibility at finite bias: our measurements confirm a prediction about a quantum phase transition as function of the interfering edge state dilution. We don't see any significant manifestation of energy relaxation in the visibility. Finally, having identified the adjacent edge state as the noisy environment limitating coherence thanks to previous works, we have designed a new kind of sample to decrease the coupling of the system to this environment in a controlled manner. We thus decreased dephasing by half, in quantitative agreement with the theory developped previously in our group.

Integer quantum Hall effect – Quantum coherence – Edge states – Interactions

Contact : Patrice ROCHE

 

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