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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Temps de tunneling électronique et ses fluctuations

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : ALTIMIRAS Carles,
e-Mail : carles.altimiras@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 72 35
Laboratoire : SPEC/GNE

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 03/04/2019

Résumé :
Nous nous proposons de mesurer "in-situ" les fluctuations temporelles de la charge portée par des électrons se trouvant sous un barrière de potentiel par effet tunnel.

Sujet détaillé :
Défiant notre intuition usuelle, l'effet tunnel quantique fascine les physiciens depuis des décennies. Très vite après sa découverte, s'est posé la question de savoir combien de temps les particules passent sous la barrière classiquement interdite. Malgré sa simplicité, une telle question est mal définie en termes d’observables quantiques et n’admet pas de réponse unique, entrainant ainsi au cours des dernières décennies un ensemble de définitions différentes correspondant à divers scénarios.
Suite à une proposition de Büttiker & collaborateurs [1], cette question sera abordée en considérant une observable bien définie : la mesure du spectre des fluctuations temporelles du nombre de particules résidant dans la barrière classiquement interdite. L'idée est d'exploiter un système de gaz d'électrons 2D dans un semi-conducteur, dans lesquels des portes métalliques couplées électrostatiquement peuvent être utilisées pour générer la barrière de potentiel électrostatique sur laquelle les électrons sont dispersés (contact à point quantique). Ces mêmes portes peuvent être également utilisées pour mesurer de façon indirecte les fluctuations de charge, fonction du nombre d'électrons de tunnel résidant sous la barrière.
Malgré sa simplicité conceptuelle, la mise en œuvre d'un tel scénario est une tâche délicate, car elle nécessite la collecte d'un signal radiofréquence (RF) de très faible amplitude, émis par une source d'impédance de sortie très élevée dans un réfrigérateur à dilution (T << 1K). Pour relever ce défi, nous nous appuierons sur l’expertise du groupe dans la conception RF et les mesures de bruit ultra faible dans les environnements cryogéniques, en mettant notamment en œuvre des circuits d’adaptation RF à haute impédance récemment développés, permettant de collecter efficacement le signal dans une chaîne de détection RF.
L’étudiant participera à la conception des circuits radiofréquence, à leur fabrication en salle blanche et à leur mesure en exploitant des techniques de mesure de faible bruit, à la fois dans la gamme proche du continu et dans la gamme des quelques GHz. Il se familiarisera également avec les techniques cryogéniques sous-Kelvin.
Techniques utilisées au cours du stage :
Mesures électriques DC et radiofréquences ultra-bas bruit design microondes. - Fabrication en salle blanche de circuit semiconducteurs nano-structurés - cryogénie

Mots clés : Transport quantique, effet tunnel

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