Statistiques d'anyons dans des conducteurs à effet Hall quantique

par Mélanie Ruelle

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Gwendal Fève et de Jean-Marc Berroir.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Laboratoire de physique de l'ENS (Paris ; 2019-....) (laboratoire) et de École normale supérieure (Paris ; 1985-....) (établissement opérateur d'inscription) depuis le 01-09-2021 .


  • Résumé

    Le sujet de cette thèse est l'étude des statistiques fractionnaires d'anyons dans des états de Hall quantiques aux structures topologiques de plus en plus complexes. Les statistiques fractionnaires désignent la phase acquise par la fonction d'onde globale d'un ensemble de particules indiscernables lors de l'échange de deux particules. Les anyons apparaissent dans un gaz d'électrons 2D dans des phases d'effet Hall quantique fractionnaire. Leur phase d'échange est comprise entre celle des bosons, 0, et celle des fermions, 𝜋. Cette phase fractionnaire a été observée expérimentalement l'année dernière pour l'état fractionnaire avec la structure topologique la plus simple (état associé au facteur de remplissage 1/3). Cette thèse vise à étendre cette observation expérimentale à des structures topologiques plus complexes (facteurs de remplissage 2/3, 2/5 entre autres) voire à un état dit non abélien comme l'état 5/2, dans lequel l'échange de deux particules n'est plus décrit par une phase mais par une opération unitaire. Un autre objectif consiste à explorer le rôle de la décohérence et de la relaxation dans l'étude expérimentale des anyons et à travailler sur un contrôle dynamique de l'émission d'anyons.

  • Titre traduit

    Statistics of anyons in quantum Hall conductors


  • Résumé

    This PhD tackles the study of fractional statistics of anyons in quantum Hall states with more and more complex topological structures. Fractional statistics denote the phase acquired by the global wavefunction of an ensemble of undistinguishable particles upon the exchange of two particles. Anyons arise in two-dimensional electron gases in fractional quantum Hall phases. Their exchange phase is between the one of bosons, 0, and the one of fermions, 𝜋. This fractional phase has been observed experimentally last year in the fractional state with the simplest topological structure possible - the state associated to the filling factor 1/3. This PhD aims to extend this experimental observation to more complex topological structures (for example at filling factors 2/3, 2/5) and finally to a non abelian state like the 5/2 filling factor. In this kind of state, the exchange of two particles cannot be described by a phase anymore but is considered as a unitary operation. Moreover, another objective is to explore the role of decoherence and relaxation in the experimental study of anyons and to work towards a dynamical control of anyon emission.