Caractéristiques mécaniques de l'instabilité provoquée par le blocage du courant dans les nanotubes de carbone suspendus

Mechanical signatures of the current-blockade instability in suspended carbon nanotubes

• Auteur / Autrice : Gianluca Micchi
• Direction : Fabio Pistolesi, Rémi Avriller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, matière et nanosciences
• Date : Soutenance le 12/12/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Cayssol
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabio Pistolesi, Rémi Avriller, Jérôme Cayssol, Shahal Ilani, Andrew Armour, Robert Whitney
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Shahal Ilani, Andrew Armour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transitions de phases

Fluctuations (physique)

Spectroscopie

Transport des électrons, Théorie du

Nanotubes

Mots clés libres

Systèmes nano-électromécaniques

Transport électronique cohérent

Nanotubes de carbone

Analyse spectrale

Non-linéarités

Fluctuations

Transitions de phase

Nanoelectromechanical systems

Coherent electronic transport

Carbon nanotubes

Spectral analysis

Nonlinearities

Fluctuations

Phase transition

Résumé

Le couplage fort entre le transport électronique dans une boîte quantique à un seul niveau et un oscillateur nano-mécanique couplé capacitivement peut conduire à une transition vers un état mécaniquement bistable et bloqué en courant. Son observation est à portée de main dans les expériences de pointe menées sur les nanotubes de carbone. Nous étudions donc la réponse mécanique du système et plus précisément la fonction spectrale de déplacement, la réponse linéaire à une solicitation externe et le comportement pendant le retour à l'équilibre. Nous montrons qu'il existe une relation étroite entre les grandeurs électriques (telles le courant électrique et la fonction spectrale des fluctuations du courant) et mécaniques. Nous constatons qu'en augmentant le couplage électromécanique, les deux fonctions spectrales présentent un pic qui s'élargit et se déplace vers les basses fréquences alors que le temps de déphasage de l'oscillateur se raccourcit. Ces effets sont maximaux à la transition où les non-linéarités dominent la dynamique et sont robustes vis-à-vis de l'effet des fluctuations extérieures et de la dissipation. Ces caractéristiques fortes ouvrent la voie à la détection de la transition vers l'état de blocage du courant dans des dispositifs actuellement étudiées par plusieurs groupes.

The strong coupling between electronic transport in a single-level quantum dot and a capacitively coupled nano-mechanical oscillator may lead to a transition towards a mechanically-bistable and blocked-current state. Its observation is at reach in carbonnanotube state-of-art experiments. Therefore, we investigate the mechanical response of the system, namely the displacement spectral function, the linear response to a driving, and the ring-down behavior, and the electric response, namely the electric current and current spectral function. We show that a close relation between electric and mechanical quantities exists. We find that, by increasing the lectromechanical coupling, the peak in both spectral functions broadens and shifts at low frequencies while the oscillator dephasing time shortens. These effects are maximum at the transition where nonlinearities dominate the dynamics, and are robust towards the effect of external uctuations and dissipation. These strong signatures open the way to detect the blockade transition in devices currently studied by several groups.