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Mesurer les fluctuations quantiques de courant à haute fréquence en utilisant un circuit résonant


Mesurer les fluctuations quantiques de courant à haute fréquence en utilisant un circuit résonant

La mesure des fluctuations de courant, ou bruit, d’un conducteur s’avère être un outil très puissant pour étudier le transport électronique, permettant de révéler la nature des corrélations électroniques ou bien la charge effective des porteurs du courant électrique. Lorsque la fréquence de mesure est du même ordre de grandeur que les échelles d’énergies associées au système telles que la tension V (énergie eV) ou la température T (énergie kBT), les fluctuations de courant acquièrent une dépendance en fréquence montrant des signatures de ces échelles d’énergie caractéristiques. Dans le régime quantique, pour lequel l’énergie associée à la fréquence hν est bien plus grande que l’énergie thermique kBT, le bruit peut être décrit comme un échange de photons d’énergie hν entre le système étudié et le détecteur de bruit. Selon que les photons sont émis ou absorbés par la source, on mesure le bruit en émission ou en absorption. Cette différence entre processus d’émission et d’absorption est bien connue en optique quantique mais difficile à observer dans des circuits électriques.

 

 

Figure :(a) Conductance différentielle dI/dVD de la jonction détectrice de bruit. Les pics correspondant au bruit en émission ou en absorption du circuit résonant sont figurés par des flèches. Les courbes sont décalées verticalement pour plus de clarté. (b) Dépendance en température du bruit du circuit résonant à 28.4GHz en émission et en absorption. Le bruit est extrait de l’amplitude des pics mentionnés sur la figure (a). Les lignes pleines correspondent aux prédictions théoriques. En dessous de 0.4K, seul le bruit en absorption est présent. Les courbes continues correspondent aux prédictions théoriques décrivant le bruit à l’équilibre thermique d’une résistance dans le régime quantique.

 

Une équipe du Laboratoire de Physique des Solides est parvenue à coupler grâce à un circuit résonant supraconducteur micro-fabriqué un détecteur quantique de bruit, une jonction supraconducteur-isolant-supraconducteur capable de distinguer les processus d’émission et d’absorption, à une jonction Josephson, qui correspond à deux supraconducteurs reliés par une petite jonction tunnel. Il a été ainsi possible de détecter dans le régime quantique, le bruit en émission et en absorption du circuit résonant à l’équilibre. A très basse température le circuit n’émet pas de bruit mais présente toutefois un bruit en absorption non nul, relié aux fluctuations de point zéro. Cette technique permet également une mesure directe du bruit en courant associé au passage par effet tunnel des porteurs de charge à travers la jonction Josephson à 28.4GHz et 80.2 GHz, les fréquences de résonance du circuit de couplage.

 

Ce travail ouvre de nouvelles perspectives concernant la compréhension du transport électronique en permettant d’accéder aux fluctuations de courant en émission et en absorption à haute fréquence.

 

Contacts : R. Deblock, H. Bouchiat

 

Publications : Emission and Absorption quantum noise measurement with an on-chip resonant circuit
J. Basset, H. Bouchiat, R. Deblock Phys. Rev. Lett. 105, 166801 (2010).