Quantification de la charge et criticalité quantique Kondo dans des circuits mésoscopiques avec peu de canaux

Charge quantization and Kondo quantum criticality in few-channel mesoscopic circuits

• Auteur / Autrice : Zubair Qurshi Iftikhar
• Direction : Frédéric Pierre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 21/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....) - Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (Marcoussis, Essonne ; 1984-2016)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Cristian Urbina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Pierre, Cristian Urbina, Julia Meyer, Christopher Bäuerle, Takis Kontos, Serge Florens
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julia Meyer, Christopher Bäuerle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Groupe de renormalisation

Phénomènes critiques (physique)

Kondo, Effet

Mots clés libres

Effet Kondo

Criticalité quantique

Renormalisation

Universalité

Non-liquide de Fermi

Quantification de la charge

Kondo effect

Quantum criticality

Renormalization

Universality

Non-Fermi liquid

Charge quantization

Résumé

Cette thèse explore plusieurs sujets fondamentaux pour les circuits mésoscopiques qui incorporent un faible nombre de canaux de conduction électroniques. Les premières expériences concernent le caractère quantifié (discret) de la charge dans les circuits. Nous démontrons le critère de quantification de la charge, nous observons la loi d’échelle prédite pour cette quantification ainsi qu’une transition vers comportement universel à mesure que la température augmente. Le second ensemble d’expériences concerne la physique critique quantique non-conventionnelle qui émerge du modèle Kondo à multi-canaux. Par l’implémentation d’une impureté Kondo avec un pseudo-spin de valeur ½ constitué de deux états de charge dégénérés d’un circuit, nous explorons la physique Kondo à deux- et trois-canaux. Au point critique quantique symétrique, nous observons les points fixes Kondo universels prédits, des exposants universels de lois d’échelle et nous validons les courbes complètes obtenues par le groupe de renormalisation numérique. En s’écartant du point critique quantique, nous explorons la transition depuis la zone critique quantique : par une visualisation directe du development d’une transition de phase quantique, par l’espace des paramètres de la zone critique quantique ainsi que par les comportements d’universalité et d’échelle.

This thesis explores several fundamental topics in mesoscopic circuitry that incorporates few electronic conduction channels. The first experiments address the quantized character (the discreteness) of charge in circuits. We demonstrate the charge quantization criterion, observe the predicted charge quantization scaling and demonstrate a crossover toward a universal behavior as temperature is increased. The second set of experiments addresses the unconventional quantum critical physics that arises in the multichannel Kondo model. By implementing a Kondo impurity with a pseudo-spin of ½ constituted by two degenerate charge states of a circuit, we explore the two- and three-channel Kondo physics. At the symmetric quantum critical point, we observe the predicted universal Kondo fixed points, scaling exponents and validate the full numerical renormalization group scaling curves. Away from the quantum critical point, we explore the crossover from quantum criticality: direct visualization of the development of a quantum phase transition, the parameter space for quantum criticality, as well as universality and scaling behaviors.