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Interférométrie de Mach Zehnder et manipulation cohérente de la vallée du graphène
Paul Brasseur
Mon, Sep. 28th 2020, 14:00-17:00
Soutenance en visio-conférence

Soutenance en visio-conférence. Suivre le lien : https://eu.bbcollab.com/guest/b95117f0dac04b1f8a17a28e44a6961a


Résumé :

L'optique quantique électronique, i.e. la réalisation de l'analogue électronique d'expériences d'optique quantique, offre des perspectives intéressantes pour l'informatique quantique. L'un des enjeux est la réalisation, en utilisant des états électroniques, de bits quantiques suffisamment stables pour réaliser des calculs quantiques complexes. Les expériences menées jusqu'à présent dans des hétérostructures de GaAs/AlGaAs ont mis en évidence la possibilité d'encoder l'information dans la charge ou le spin d'un électron, mais la fragilité de ces états rend difficile leur utilisation. En 2005, la découverte d’un matériau novateur, le graphène, a ouvert de nouvelles perspectives avec l'existence, en sus du spin, d'un nouveau degré de liberté permettant d'encoder l'information : la vallée.

Ce travail de thèse porte ainsi sur la manipulation cohérente de la polarisation en vallée d'un état électronique superposé, l'objectif étant de couvrir, de manière contrôlée, l'ensemble de la sphère de Bloch. Pour ce faire, a été étudiée en régime Hall quantique une jonction PN, formée dans un échantillon de graphène encapsulé dans du nitrure de bore. Un contrôle électrostatique de la polarisation en vallée de l'état électronique se propageant le long de la jonction a été obtenu grâce à des grilles locales placées aux deux extrémités de celle-ci. La cohérence de l'état électronique polarisé en vallée a ensuite été étudiée par interférométrie de Mach Zehnder, ainsi que son évolution avec différents paramètres : la température du système, l'intensité du courant traversant la jonction, et la longueur de la jonction. Finalement, est exploré, en utilisant un interféromètre de Mach Zehnder comme sonde quantique, l'un des possibles mécanismes induisant de la décohérence : les ondes de spin se propageant lorsque le cœur du graphène est ferromagnétique.

Mots-clés :


Mach Zehnder interferometry and coherent manipulation of the valley in graphene

Abstract:

Quantum optics electronics, i.e. the realisation of the electronic analogue of quantum optics experiments, offers interesting perspectives for quantum computing. One of the challenges is the realisation with electronic states, of quantum bits stable enough to perform complex quantum computations. Experiments conducted so far in heterostructures of GaAs/AlGaAs have shown the possibility of encoding information in the charge or spin of an electron, but the vulnerability of these states makes their use difficult. In 2005, the discovery of an innovative material, graphene, opened new perspectives with, in addition to the spin, the existence of a new degree of freedom to encode information: the valley.

This thesis work focuses on the coherent manipulation of the valley polarization of a superimposed electronic state, the objective being to cover, in a controlled manner, the whole Bloch sphere. To do this, a PN junction, formed in a sample of graphene encapsulated in boron nitride, was studied in the quantum Hall regime. An electrostatic control of the valley polarization of the electronic state propagating along the junction was obtained thanks to local grids placed at both ends of the junction. The coherence of the valley polarized electronic state was then studied by Mach Zehnder interferometry, as well as its evolution with different parameters: the temperature of the system, the intensity of the current flowing through the junction, and the length of the junction. Finally, using a Mach Zehnder interferometer as a quantum probe, one of the possible mechanisms inducing decoherence is explored: spin waves propagating when the graphene core is ferromagnetic.

Keywords:

Contact : Patrice ROCHE

 

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