Mesoscopic superconductors probed by very low temperature scanning tunnelining microscopy
Supraconducteurs mésoscopiques étudiés par microscopie tunnel à très basse température
Résumé
We study electronic effects of coherence that appear at very low temperature in non homogeneous superconductors. We have developed a Scanning Tunneling Microscope (STM) operating in a dilution fridge at a temperature of 60 mK. The resolution of the Local Density of States (LDOS) measured by the STM is 36 microeV. This is one of the best resolution obtained with this kind of system. We have studied proximity effects in junctions between a normal metal and a superconducting metal. In contrast with previous techniques, tunnel microscopy enables a continuous scan at the interface of the two metals. These measurements require specific sample shape (low relief, large field) and a good quality of metals (surface properties, transparency of the normal metal-superconductor interface). Providing these requirements, several sample fabrications have been developed. Each configuration exhibit its own tunnel measurement features. We
identify the limits and potentialities of this measurement method. We observed various types of spatial evolution of the LDOS depending on the geometry of metallic structures and the interface quality. These evolutions are in good agreement with Usadel equations that describe electron behaviour in presence of superconductivity in diffusive metals. These are the first STM measurements at very low temperature on samples processed by lithography.
identify the limits and potentialities of this measurement method. We observed various types of spatial evolution of the LDOS depending on the geometry of metallic structures and the interface quality. These evolutions are in good agreement with Usadel equations that describe electron behaviour in presence of superconductivity in diffusive metals. These are the first STM measurements at very low temperature on samples processed by lithography.
Nous étudions les phénomènes de cohérence de phase électronique qui apparaissent à très basse température dans les supraconducteurs non homogènes. Pour cela, nous avons développé un microscope à effet tunnel (STM) fonctionnant dans un cryostat à dilution à une température de 60 mK. La résolution des densités d'états électroniques locales (LDOS) mesurées par ce STM est de l'ordre de 36 microeV. C'est l'une des meilleures résolutions obtenues avec ce type de système. Nous avons étudié des effets de proximité dans des jonctions entre un métal supraconducteur et un métal normal. Contrairement aux techniques antérieures, la microscopie tunnel permet d'observer ces propriétés de manière continue à l'interface des deux métaux. La mesure de ces effets par STM impose des contraintes géométriques (faible relief, large champ) et une bonne qualité des métaux observés (état de la surface, transparence de l'interface le métal normal-métal supraconducteur). Plusieurs procédés de fabrication ont été élaborés pour satisfaire ces conditions. Chaque configuration d'échantillon présente ses propres caractéristiques en
terme de mesure tunnel. Nous avons ainsi identifié les limites et les potentialités de cette méthode de mesure. Différentes évolutions spatiales de la LDOS sont observées suivant la géométrie des structures métalliques et la qualité de l'interface. Ces évolutions sont en bon accord avec les équations d'Usadel qui décrivent les comportements électroniques en présence de supraconductivité dans les métaux diffusifs. Ce sont les premières mesures STM à très basse température sur des échantillons lithographiés.
terme de mesure tunnel. Nous avons ainsi identifié les limites et les potentialités de cette méthode de mesure. Différentes évolutions spatiales de la LDOS sont observées suivant la géométrie des structures métalliques et la qualité de l'interface. Ces évolutions sont en bon accord avec les équations d'Usadel qui décrivent les comportements électroniques en présence de supraconductivité dans les métaux diffusifs. Ce sont les premières mesures STM à très basse température sur des échantillons lithographiés.