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La présentation et les slides seront en anglais.
Les jonctions hybrides supraconducteur–semiconducteur-supraconducteur ont des applications potentielles dans le domaine de la nano-électronique haute-performance et celui de l’information quantique. Ces systèmes hybrides unidimensionnels sont aussi attractifs pour servir de systèmes modèles dans l’étude de phénomènes quantiques. En particulier, on peut penser à étudier l’interaction entre les corrélations électroniques ainsi que les propriétés de transport du semiconducteur et les propriétés de transport des réservoirs supraconducteurs. Un paramètre crucial pour assurer le succès de ces applications est la qualité et la reproductibilité de l’interface semiconducteur-supraconducteur.
Récemment, une nouvelle méthode pour obtenir des jonctions hybrides a été établie par nos collaborateurs de l’université technique de Vienne. Par recuit contrôlé en température et en temps, une substitution du germanium du nanofils par l’aluminium des contacts produit le déplacement de l’interface, atomiquement plane, entre l’aluminium et le germanium le long du nanofil créant une jonction Al/Ge/Al incluse dans le système. Il en résulte un nanofil monolithique avec au centre un segment de germanium pris en sandwich par deux sections d’aluminium cristallin quasi unidimensionnel. Afin de mesurer leurs propriétés de transport, les nanofils avec jonctions incluses sont intégrées dans une architecture de type transistor à effet de champs, le substrat servant de grille électrostatique en face arrière.
Cette thèse présente les études des propriétés de transport de ces nanofils avec jonctions Al-Ge-Al à très basse température (400 mK). Deux genres de nanofils de germanium ont été utilisés pour construire les jonctions: des nanofils de germanium intrinsèque qui sont passivés par une fine coquille de Al2O3 et des nanofils avec un cœur de germanium et une coquille de silicium. L’investigation de ces systèmes avec une longueur du segment de Ge d’environ 40 nm a révélé un courant Josephson qui est ajustable par la grille à hauteur de 10 nA. L’excellente qualité de l’interface est confirmée par l’observation de multiples réflexions d’Andreev. Leur analyse révèle que l’interface Al-Ge a une transparence supérieure à 95 %.
Les jonctions se basant sur du germanium intrinsèque voient leur régime de transport fortement varier en fonction de la grille. Le système passe d’un régime totalement isolant, à un régime faiblement conducteur qui présente la signature d’un transistor à trou unique, à un régime supraconducteur qui ressemble à un transistor Josephson à effet de champ. Cette haute sensibilité à la grille est comprise en considérant qu’une jonction Al-Ge-Al peut être modélisée comme deux barrières Schottky placée tête-bêche.
Les jonctions se basant sur un nanofils cœur/coquille Ge/Si montrent quant à elles une conductance quantifiée en fonction de la tension de grille ce qui est une signature expérimentale d’un conducteur quasi unidimensionnel balistique. A partir d’une analyse avec la formule de Landauer, nous estimons une transparence moyenne du nanofils Si/Ge qui est cohérente avec la transparence extraite de l’analyse des multiples réflexions d’Andreev.
Les résultats présentés dans cette thèse démontrent le potentiel de ces nouvelles jonctions hybrides supraconducteur-semiconducteur se basant sur des nanofils de germanium comme systèmes quantiques.
Directeurs de thèse :
Olivier Buisson et Cécile Naud
Institut Néel
Membres de jury :
Madame Hélène Bouchiat
Laboratoire de Physique des Solides, Rapporteuse
Monsieur Georgios Katsaros
Institute of Science and Technology, Austria, Rapporteur
Madame Julia Meyer
Université Grenoble Alpes, Examinatrice
Monsieur Jesper Nygård
University of Copenhagen, Examinateur
Monsieur Jean-Damien Pillet
École Polytechnique, Examinateur
