Résumé :
Nous avons mené une étude expérimentale du bruit de grenaille quantique dans une mono-couche de graphène. La conductance et l’effet Hall quantique ont été également examinés. Le modèle théorique, décrivant la conductance et le bruit quantique dans du graphène idéal (balistique) a été proposé par Tworzydlo et al., 2006. Dans du graphène diffusif, plus facilement réalisable expérimentalement, le bruit de grenaille a été étudié numériquement par plusieurs auteurs (San-Jose et al., 2007, Lewenkopf et al., 2008, Logoteta et al., 2013). Les conclusions des premiers travaux expérimentaux (DiCarlo et al., 2008 and Danneau et al., 2008) sur ce sujet n’en ont pas permis une compréhension suffisamment approfondi et des études complémentaires sont nécessaires. Dans notre expérience nous avons tenté de réduire au maximum les contributions du système de mesure sur le signal détecté en effectuant une mesure du bruit en tension quatre points et en utilisant la détection en cross-corrélation. En plus, notre système de mesure inclut des amplificateurs bas bruit cryogéniques faits maison combinés avec des filtres passe-bande alors que notre couche de graphène contient une constriction au centre. n utilisant les résultats des mesures de la conductance et de l’effet Hall quantique nous avons déterminé le libre parcours moyen dans notre échantillon et conclu qu’il est dans le régime diffusif. Les valeurs du facteur de Fano que nous avons extraites sont en bon accord avec les simulations pour ce régime, un pic au point de Dirac prévu par Lewenkopf et al. a été observé. D’autre part, nos résultats sont compatibles avec ceux de Danneau et al. and DiCarlo et al.
Mots-clés: Graphène, Transport quantique, Bruit de grenaille quantique, Facteur de Fano, Modes évanescents, Désordre
Quantum shot noise in graphene
Graphene is an amazing material, that opens the way for multiple applications but also should manifest several intriguing fundamental properties. In particular, the value of the Fano factor in graphene remains an open question. A theoretical model, allowing to calculate the Fano factor in ideal (ballistic) graphene was proposed by Tworzydlo et al., 2006. This model predicts the value of the Fano factor equal to 1⁄3 at the Dirac point and the noise suppression far from it. In diffusive graphene (that is much easier achievable experimentally) the Fano factor was investigated numerically by several authors (San-Jose et al., 2007, Lewenkopf et al., 2008, Logoteta et al., 2013) and the values of the Fano factor also near 1⁄3 but with different dependence on Fermi energy were predicted. Conclusions of the first experimental works (DiCarlo et al., 2008 and Danneau et al., 2008), addressing this problem, didn’t lead to an enough broad understanding of it and a further investigation was required.
We have conducted an experimental study of the Fano factor in a diffusive mono-layer graphene device. In our experiment we intended to maximally reduce the parasitic contributions to the detected signal by performing four-point voltage noise measurement as well as by using cross-correlation detection. The extracted values of the Fano factor are in agreement with the above-mentioned simulations and are consistent with the experimental results by Danneau et al.
- J. Tworzydlo, B. Trauzettel, M. Titov, A. Rycerz, and C. W. J. Beenakker. Physical Review Letters 96, 246802 (2006).
- P. San-Jose, E. Prada, and D. Golubev. Physical Review B 76, 195445 (2007).
- C. Lewenkopf, E. Mucciolo, and A. Castro Neto. Physical Review B 77, 081410(R) (2008).
- D. Logoteta, P. Marconcini, and M. Macucci. 22nd International Conference on Noise and Fluctuations (2013).
- L. DiCarlo, J. Williams, Y. Zhang, D. McClure, and C. Marcus, Physical Review Letters 100, 156801 (2008).
- R. Danneau, M. F. Craciun, S. Russo, M. Y. Tomi, J. Salmilehto, A. F. Morpurgo, P. J. Hakonen, and F. Wu. Physical Review Letters 100, 196802 (2008).
IRAMIS/SPEC/GNE