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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Interférométrie de Mach-Zehnder dans le régime Hall quantique fractionnaire

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : ROULLEAU Preden,
e-Mail : preden.roulleau@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 73 11
Laboratoire : SPEC/GNE

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-4 mois
Date limite de constitution de dossier : 30/04/2022

Résumé :
Réalisation du premier interféromètre Mach Zehnder en régime d'effet Hall quantique fractionnaire, afin d'étudier les statistiques anyoniques des quasi-particules fractionnaires.

Sujet détaillé :
Le domaine de l'optique quantique électronique repose sur l'analogie entre la propagation des électrons dans un conducteur quantique et celle des photons dans les expériences d'optique quantique. Ce domaine de recherche est apparu à la fin des années 90 avec la possibilité de manipuler des faisceaux d'électrons dans des systèmes de matière condensée tout en préservant leur nature onde-particule. Depuis lors, il a permis d'acquérir une compréhension fondamentale de l'électronique quantique jusqu'à l'excitation d'une seule particule. Les systèmes prototypes de l'optique quantique électronique sont des conducteurs bidimensionnels dans le régime de l'effet Hall quantique. Ce régime est atteint sous un fort champ magnétique perpendiculaire et est caractérisé par l'existence de canaux électroniques unidimensionnels, chiraux et sans dissipation se propageant le long des bords de l'échantillon. Ces canaux de bord (à effet Hall quantique) peuvent être directement considérés comme l'analogue des fibres optiques pour les électrons. Alors qu'une grande majorité de ces expériences ont été réalisées dans des hétérostructures semi-conductrices telles que GaAs/GaAlAs, le graphène a récemment fait l'objet d'une attention soutenue. En effet, non seulement le graphène présente une physique riche et nouvelle dans le régime de Hall quantique, mais il offrirait également des propriétés de cohérence largement supérieures, permettant d'envisager des expériences plus complexes qui pourraient conduire au développement de schémas de traitement de l'information quantique basés sur le contrôle des trajectoires quantiques de charges uniques dans un circuit.

Notre équipe a récemment réussi à développer le premier interféromètre Mach-Zehnder accordable en graphène [1,2]. Il nous a permis d'étudier les propriétés de cohérence du graphène [3] mais aussi de détecter des magnons [4]. Dans ce stage, nous proposons de réaliser le premier interféromètre Mach Zehnder dans l'effet Hall quantique fractionnaire, afin d'étudier les statistiques anyoniques des quasi-particules fractionnaires.

[1] Quantum Hall valley splitters and a tunable Mach-Zehnder interferometer in graphene, M. Jo, P. Brasseur, A. Assouline, G. Fleury, H. -S. Sim, K. Watanabe, T. Taniguchi, W. Dumnernpanich, P. Roche, D. C. Glattli, N. Kumada, F. D. Parmentier, and P. Roulleau, Phys. Rev. Lett. 126, 146803 (2021) – Editor’s suggestion – Featured in Physics.
[2] Physics / Optics bench on a graphene flake
[3] Scaling behavior of electron decoherence in a graphene Mach-Zehnder interferometer, M. Jo, June-Young M. Lee , A. Assouline, P. Brasseur, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Roche, D.C. Glattli, N. Kumada, F.D. Parmentier, H.-S. Sim and, P. Roulleau, submitted (2021).
[4] Excitonic nature of magnons in a quantum Hall ferromagnet, A. Assouline, M. Jo, P. Brasseur, K. Watanabe, T. Taniguchi, T.Jolicoeur, D.C. Glattli, N. Kumada, P. Roche, F. D. Parmentier, & P. Roulleau
Accepted at Nature Physics (2021) - arXiv:2102.02068.
Techniques utilisées au cours du stage :
Champ magnétique élevé (14 T), basse température (10 mK), graphène.

Mots clés :

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