Fluctuations quantiques de la charge dans les circuits a un electron et a une paire de cooper

• Auteur / Autrice : Vincent Bouchiat
• Direction : Michel Devoret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Dans des circuits constituees d'electrodes metalliques sub-microniques de petite capacite c, separees par des jonctions tunnel, le transfert controle d'electrons individuels par effet tunnel peut etre realise : la charge des electrodes y est alors quantifiee en multiple d'electrons. L'operation de tels circuits <<<>a un electron<>>> necessite d'une part que l'energie caracteristique des fluctuations thermiques k#bt reste petite devant l'energie electrostatique des electrodes e#2/2c, et d'autre part que les resistances des jonctions soient grandes devant le quantum de resistance h/e#2. Quel est le processus de disparition des effets mono-electron lorsque les resistances tunnel sont sous en dessous de cette limite ? que devient cette limite lorsque les electrodes sont supraconductrices ? qu'elle est alors l'influence de la dissipation sur le comportement quantique de ces systemes ? cette these apporte des reponses experimentales a ses questions. Dans un transistor a un electron, circuit elementaire de la monoelectronique utilise en electrometrie, la conductance aux faibles tensions est modulee par la charge de la tension de grille avec une periode de un electron. A temperature donnee, l'amplitude de cette modulation diminue fortement lorsque la resistance des jonctions diminue sous le seuil h/e#2 : l'energie electrostatique est attenuee par les fluctuations quantiques de la charge et les effets a un electron repousses aux plus basses temperatures. L'experience de boite a paire de cooper, constituee d'une electrode supraconductrice couplee a un reservoir par une jonction josephson, permet de tester la generalisation des effets de charges aux supraconducteurs. Lorsque les paires de cooper sont stockees dans la boite, le couplage josephson induit des fluctuations quantiques qui detruisent partiellement la quantification de la charge de l'electrode et instaurent un etat de coherence quantique macroscopique. Ces fluctuations quantiques peuvent a leur tour etre detruites par la dissipation. Le bruit dans ces systemes ainsi que des procedes originaux pour leur nanofabrication sont enfin presentes.