Service de Physique de l'Etat Condensé

PhD Thesis-Post-doc

Post-docs :2009 :

 Two Post-doctoral positions in the frame of the new ERC Advanced Grant 'MeQuaNO Project'.

Position 1 : QUANTUM STATISTICS OF FEW ELECTRONS in COHERENT CONDUCTORS:

The goal is to develop electron counting tools which will not only allow to fully characterize the electron statistics but also open the way to new quantum interference experiments involving few electrons or fractional charge carriers and which will question our understanding of quantum statistics. Generation of few electron bunches will be obtained by the yet never done technique of short voltage pulses whose duration is limited to few action quanta, one quantum for one electron. Detection of electron bunches will be done by an unprecedented ‘cut and probe’ technique where carriers are suddenly isolated in the circuit for further sensitive charge detection. (contact: )
 

Position 2 : PHOTO-ASSISTED SHOT NOISE DETECTORS for THz Quantum Physics or Photo-Detection 

Using highly ballistic electron nanostructures such as Graphene, III-V semiconductors with light carriers, Carbone Nanotubes or simply tunnel barriers, we will bring mesoscopic quantum noise effects to higher temperature, energy and frequency range, and thus closer to applications. Inspired by late R. Landauer’s saying: “the noise IS the signal” we will develop totally new detectors based on the universal effect of photon-assisted electron shot noise These versatile broadband detectors will be used either for on-chip noise detection fro investigation of new quantum Physics or for photon radiation detection, possibly including imaging. They will operate above liquid Helium temperature and at THz frequencies although projected operation includes room temperature and far-infrared range as no fundamental limitation is expected. (contact: )
 

Theses : 2009

Statistique quantique à quelques électrons dans des conducteurs Mésoscopiques.


Quelle elle est la statistique de répartition de n électrons injectés à un instant donné dans un conducteur quantique et arrivant dans différents contacts [1]? Ce problème générique, connu en optique quantique pour des photons, n’a jamais encore été abordé expérimentalement de manière directe pour des électrons sous la forme de comptage d’électrons. Il généralise les expériences sur le bruit quantique électronique, apporte des information sur le partitionnement quantique d’électrons ou sur leur intrication via les mécanismes d’échanges imposés par la statistique de Fermi.
La thèse proposée se fera dans le cadre du nouveau projet MeQuaNo de l’ERC Advanced Grand (Mesoscopic Quantum Noise) démarrant en 2009. Deux enjeux majeurs sont l’injection cohérente de n=1 à 10 électrons dans un conducteur balistique [1] et la mesure exacte du nombre d’électrons arrivés dans les contacts. L’injection de ‘déterminants de Slater’ à n electrons [2] et leur détection ouvre la voie à toute une nouvelle physique quantique : l’intrication de deux ou plusieurs électrons injectés par différent contacts et observés à d’autre contacts, la possibilité de mesurer pour la première fois la statistique de quasi-particules fractionnaires dans le régime d’Effet Hall Quantique, … .
Pratiquement la thèse portera sur la mise en place d’un dispositif  capable de détecter pour la première fois quelques électrons avec la résolution d’un électron dans un conducteur mésoscopique. Simultanément, on réalisera la première injection cohérente de n-électrons basée sur le principe de la ref.[1] par l’application de pulses de tension sur un contact correspondant à n quantum d’action . Muni de la détection et de l’injection d’un petit nombre d’électrons on pourra pour la première fois effectuer la statistique quantique de comptage d’électrons, un problème jusqu’ici resté purement théorique.
Un goût prononcé pour les problèmes fondamentaux de physique quantique est souhaité ainsi que pour le développement d’instrumentation. Le stage inclura estimations théoriques, mesures hyperfréquence ( 0-10GHz), cryogénie, détection ultra-bas bruit, échantillons 2D en GaAs/GaAlAs.

 [1]L. Levitov et al. coherent states of electric current," J. of Math. Phys., 37, pp. 4845-4866 ; Levitov, L.S. and Lesovik, G.B. (1993) Charge Distribution in Quantum Shot Noise, JETP Lett., 58, pp. 230-23
[2] F. Hassler et al, ``Wavepacket formalism of full counting statistics’’ cond-mat arXiv :0802.0143v1
Financement thèse CEA possible 

(contact: )
 

Expérience d’Hanbury-Brown Twiss avec des électron et des photons

Lorsqu'on envoie un faisceau de particules sur une lame semi réfléchissante, on observe des fluctuations des flux transmis et réfléchis révélant la granularité des particules incidentes (on parle de bruit de grenaille). Pour une source de particules bosoniques (comme des photons [1]), on observe une corrélation positive des intensités lumineuses des faisceaux transmis et réfléchis < DP1(t+ τ) DP2(t)> > 0. En revanche, en raison du caractère fermionique des électrons, une expérience similaire avec des électrons devrait donner une corrélation négative[2]. Si cette prédiction a déjà été vérifiée pour une source électronique dont la largeur spectrale excédant largement la bande passante du système de mesure[3,4], une expérience de Hanburry-Brown et Twiss électronique complète, permettant une mesure de la largeur spectrale du bruit de grenaille reste à réaliser. Nous proposons de réaliser une telle expérience, en se fondant sur des techniques de mesure de bruit de grenaille à haute fréquence (entre 4 et 8 GHz), déjà bien maîtrisée par notre équipe, en mesurant le bruit de grenaille d'une jonction tunnel. La thèse visera à étendre l'étude aux propriétés statistiques des photons émis par un conducteur électrique. Un des buts de cette étude est de vérifier la prédiction selon laquelle on peut 'imprimer' le caractère sous-Poissonien des électrons sur des photons émis et réaliser ainsi une source de photons non classiques[5]
[1] Brown, R.H., and Twiss, R.Q. Nature 177, 27 (1956)
[2] G. B. Lesovik, A. V. Lebedev, and G. Blatter, Phys. Rev. B 71, 125313 (2005)
[3] M. Henry, et al. Science 284, 296 (1999)
[4] W. D. Oliver, et al. Science 284, 299 (1999)
[5] C. W. Beenakker and H. Schomerus, Phys. Rev. Lett. 93, 096801 (2004)
 

(contact )

 

Maj : 04/10/2013 (1122)

 

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