Courants permanents dans des anneaux mésoscopiques connectés

par Wilfried Rabaud

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Alain Benoit et de Laurent Saminadayar.

Soutenue en 2001

à Grenoble 1 , en partenariat avec Centre de recherches sur les très basses températures (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Laurent-Patrick Lévy.

Le jury était composé de Dominique Mailly, Markus Büttiker.

Les rapporteurs étaient Gilles Montambaux, Denis-Christian Glattli.


  • Résumé

    Le phénomène des courants permanents dans un anneau traversé par un flux magnétique est un des problèmes les plus fondamentaux de la physique mésoscopique. A l'équilibre thermodynamique, en présence d'un flux magnétique, un anneau conducteur est parcouru par un courant non dissipatif, et ce, bien qu'il ne soit pas supraconducteur. L'existence de ces courants permanents dans des systèmes isolés a pu être établie avec certitude par quelques expériences historiques, même si de nombreux faits expérimentaux restent encore inexpliqués. Il apparaît alors qu'une question primordiale est de savoir si les courants permanents peuvent survivre dans une géométrie d'anneaux connectés, et ce, même si la taille totale du système devient très grande devant Lphi. Nous avons donc réalisé un échantillon comportant quatre ou seize anneaux connectés entre eux, et gravés dans une hétérojonction d'arséniure de gallium. La détection de l'aimantation due aux courants permanents est réalisée par un µ-squid en aluminium, déposé directement sur les anneaux pour un couplage optimal. De plus, un système de grilles métalliques nous permet d'obtenir une mesure précise du niveau de bruit, et une boucle d'étalonnage permet de relier simplement le signal d'aimantation à l'amplitude du courant permanent circulant dans les anneaux. Nous avons ainsi pu montrer deux faits expérimentaux nouveaux : les courants permanents existent toujours dans une géométrie où les anneaux sont connectés, et ce même si la longueur totale de la chaîne d'anneaux est très grande devant Lphi. Par ailleurs, nous avons établi que l'amplitude des courants permanents n'est pas sensiblement modifié que les anneaux soient connectés ou non. Ces résultats montrent que les courants permanents ne sont pas une propriété spécifique aux systèmes isolés et plus petits que Lphi ; il s'agit donc d'un effet quantique robuste, que l'on peut penser observer dans des sytèmes macroscopiques

  • Titre traduit

    Persistent current in mesoscopic connected rings


  • Résumé

    Persistent currents in a ring threated by a magnetic flux is one of the most basic properties of mesoscopic physics. In the presence of a magnetic flux, a mesoscopic normal metal ring carries an equilibrium non-dissipative persistent current. Key experiements have confirmed the existence of persistent currents in isolated rings, although many experimental facts are still not well understood. In this context, an important question is to know if persistent currents can survive in a geometry of connected rings, the total size of the system being much longer than Lphi. We have fabricated a sample with four and sixteen connected rings, etched in a gallium arsenide heterostructure. The magnetization due to persistent currents is detected with aluminium µ-squids, deposited on the top of the rings in order to have the best coupling. Moreover, metallic gates were included in order to have an accurate measurement of the noise level, and a calibration loop allows to have absolute magnetization measurements of the persistent currents in one ring. Our experiment shows that the persistent currents still exist in a geometry where the rings are connected, the total length of the system being much longer than Lphi. Moreover, we have shown that the amplitude of the persistent currents is not significantly modified when connecting or isolating the rings. OUr results show that the persistent currents are not a specific property of isolated system smaller than Lphi : it is a robust effect that may be observed even in macroscopic samples

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XX-144 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 139-144

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  • Bibliothèque : Université Grenoble Alpes (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque et Appui à la Science Ouverte. Bibliothèque universitaire Joseph-Fourier.
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