CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé


23 février 2009
Ilots de Wigner d´électrons flottant sur l´hélium liquide
E. Rousseau, D. Ponarin, L. Hristakos, O. Avenel, E. Varoquaux, I. Moukharski: SPEC Groupe de Nanoélectronique – Hydrodynamique superfluide
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EdSugPRB

L´étude de dispositifs à petit nombre d´électrons, depuis le ¨Transistor à électron unique¨ (SET) au qubit comme le quantronium, jusqu´aux nano-fils métalliques et aux monotubes de carbone est une spécificité du SPEC. La description dans Physical Review B d´un nouveau dispositif de ce type, un îlot de Wigner constitué d´électrons flottant sur de l´hélium superfluide et susceptible de former des molécules de Wigner, par Emmanuel Rousseau, Dmitri Ponarin, Likourgos Hristakos, Olivier Avenel, Eric Varoquaux, et Iouri Moukharski (Phys. Rev. B 79, 045406 (2009)) a reçu récemment des Editeurs de Physical Review B le label distinctif ¨Editors' choice¨.

Ce travail a aussi été mis en valeur par un Point de Vue rédigé par François Peeters, un expert renommé de la théorie des systèmes à petit nombre d´électrons (Physics 2, 4 (2009, http://physics.aps.org/articles/v2/4 ) et a été sélectionné dans le numéro de Janvier 2009 du Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology, publication qui rassemble les articles les plus novateurs du domaine (http://www.vjnano.org).


Ce système est constitué d´un petit nombre d´électrons piégés au-dessus d´un film d´hélium superfluide dans une structure nano-lithographiée. Les électrons qui flottent au-dessus de la surface du film sont extêmement mobiles. Survolant les impuretés et les défauts cristallins du substrat à quelque dizaines de nanomètres, ils sont très peu perturbés et forment un système quasi-idéal.

Le comportement de ces électrons est contrôlé à l´aide d´un jeu d´électrodes situées sur le substrat, sous le film d´hélium. Leur déplacement est détecté par la variation de la charge électrique à l´intérieur du piège à l´aide d´un SET( Single Electron Transistor ) qui se comporte comme un électromètre microscopique extrêmement sensible.

Le fonctionnement du dispositif peut se visualiser sur l´image animée ci-contre basée sur une micro-photographie de la structure réalisée. On y voit les électrons stockés dans le réservoir à droite. Quand les potentiels électriques appliqués aux électrodes varient, comme représenté schématiquement en bas de la figure, les électrons soit se précipitent vers la gauche dans le piège circulaire, soit percolent un à un vers le réservoir à droite. Le graphique en haut représente la variation de la charge totale dans le piège ; quand un électron quitte le piège, la charge varie de manière discontinue par bonds successifs. Un système avec un nombre petit, donné d'électrons peut ainsi être fabriqué.

En utilisant cette nouvelle technique, il devient possible d´étudier la transition d´un agrégat d´électrons vers une structure ordonnée en anneaux concentriques, les molécules de Wigner. Egalement, il est permis d´espérer que, quand l´occupation du piège tombe à un seul électron, le système ainsi constitué se comporte en système à deux niveaux à long temps de cohérence, le qubit élémentaire d´un ordinateur quantique.

 

 
#1243 - Màj : 27/05/2009

 

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