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Mesure du bruit quantique haute fréquence dans un nanosystème fortement corrélé


Mesure du bruit quantique haute fréquence dans un nanosystème fortement corrélé

L’étude de la dynamique rapide de systèmes corrélés est un domaine de recherche encore en pleine exploration. Les physiciens disposent à présent d’une large pallette de moyen expérimentaux pour étudier les
propriétés à l’équilibre (ou proche de l’équilibre) de systèmes fortement corrélés massifs, qui sont de ce fait de mieux en mieux compris. Par contre, la dynamique rapide de tels systèmes est bien moins connue. De ce point de vue les systèmes de taille nanométrique offrent des perspectives uniques et permettent d’étudier des situations nouvelles. Ainsi grâce aux progrès réalisés en nanotechnologie, il est maintenant possible de concevoir des dispositifs dans lesquels le système qui est le siège des effets de corrélations électroniques est placé fortement hors équilibre. Dans cette optique, l’effet Kondo dans les boites quantiques constitue un
système modèle. Il correspond à l’écrantage dynamique du spin de la boite par les électrons de conduction des contacts, lorsque la boite est occupée par un nombre impair d’électrons. Ceci conduit à un état corrélé boite quantique-réservoirs pour des températures inférieures à la température Kondo TK. Cet effet a été intensément étudié par des mesures de transport et, plus récemment, par des mesures de fluctuations de courant (ou bruit). Cependant ces études se sont attachées au régime basse fréquence alors que le régime
haute fréquence permettrait de sonder la dynamique de l’effet Kondo dans les boites quantiques.

 

Figure A : shéma du circuit de supraconducteur servant à coupler le nanotube de carbone, figuré en orange et le détecteur quantique (en rouge). Une image réalisée au microscope électronique à balayage de ces deux systèmes est également montrée.

 

Figure B : courbe de dérivée du bruit en courant mesuré à deux fréquences (en rouge) et prédiction théorique (en noir). Les flèches pointent la singularité associée à l’effet Kondo. La courbe bleue correspond à la conductance du nanotube en fonction de la tension appliquée.

 

Grâce à la collaboration entre une équipe d’expérimentateurs et une équipe de théoriciens du Laboratoire de Physique des Solides, ce régime a pu être mesuré et analysé récemment. La première mesure des fluctuations de courant à haute fréquence dans le régime Kondo sur une boite quantique réalisée avec un nanotube de carbone a ainsi pu être obtenue par couplage à un détecteur quantique de bruit, une petite jonction supraconducteur/isolant/supraconducteur, via un circuit résonant supraconducteur. Une singularité dans le bruit reliée à la résonance Kondo apparait à la tension V= hf/e lorsque la fréquence de mesure f est de l’ordre de kBTK/h. Cette singularité est fortement diminuée lorsque la fréquence est de l’ordre de 3 kBTK/h. Ce comportement est en bon accord avec les prédictions théoriques si l’on considère un taux de déphasage du spin plus important induit par la tension appliquée. Ce type de détection constitue ainsi une nouvel outil pour sonder la dynamique de nanosystèmes corrélés.

 

Référence :

J. Basset, A. Kasumov, P. Moca, G. Zarand, P. Simon, H. Bouchiat, R. Deblock. Phys. Rev. Lett.
108, 046802 (2012).

 

Contacts :

 

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