Nouvelles propriétés de transport dans les systèmes d'électrons multicouches

Novel transport properties in multilayer electron systems

• Auteur / Autrice : Steffen Wiedmann
• Direction : Jean-Claude Portal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux technologie et composants de l'électronique
• Date : Soutenance le 01/10/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Champs Magnetiques Intenses de Grenoble
• Jury : Président / Présidente : Guy Le lay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Portal, Georges Bremond, Rodolfo Jalabert
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Dyakonov, Andre Raymond

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transport des électrons, Théorie du

Hall quantique, Effet

Puits quantiques

Mots clés libres

États corrélés

Systèmes d’électrons multicouches

Magnéto-transport

Oscillations induites par micro-ondes

États à résistance nuls

Effet Hall quantique entier et fractionnaire

Correlated states

Multilayer electron systems

Magnetotransport

Microwave-induced resistance oscillations

Zero-resistance states

Integer and fractional quantum Hall effect

Résumé

Ce travail de cette thèse présente les études sur l'influence du nouveau dégrée de liberté quantique, causé par le couplage tunnel entre les couches, sur les propriétés de transport des multi-puits quantiques dans un champ magnétique, à basse température, et sous irradiation micro-ondes. De nouvelles oscillations de résistance sont observées dans les systèmes d’électrons bi- et multicouches. Elles résultent d'une interférence entre les oscillations entre les sous-bandes et les oscillations induites par les micro-ondes. Des états à résistance nulle apparaissent lorsque les systèmes bicouches de haute qualité sous irradiation micro-ondes même en présence d’une diffusion additionnelle. Le mécanisme inélastique de la photorésistance est la contribution dominante à basses températures et sous un champ électronique modéré. Ce modèle confirme l'intégrité des estimations théoriques pour le temps de relaxation inélastique et mène à une explication satisfaisante de la photorésistance dans les systèmes d’électrons bi-et multicouches. Dans un champ magnétique intense, la suppression de l’effet tunnel entre les couches provoque des nouveaux états corrélés à cause d’une interaction électron-électron entre les différentes couches. Dans cette thèse, les systèmes électroniques tricouches, formés par de triples puits quantiques révèlent de nouveaux états de l’effet Hall Quantique fractionnaire si l’effet tunnel est supprimé par une composante parallèle du champ magnétique aux très basses températures (mK).

This work is devoted to the investigation of the influence of the additional quantum degree of freedom caused by tunnel coupling on transport properties of multilayer electron systems in magnetic fields, at low temperatures and under microwave excitation. Microwave-induced resistance oscillations in bi- and multilayer electron systems are the consequence of an interference of magneto-intersubband and microwave-induced resistance oscillations which leads to peculiar oscillations in magnetoresistance. High-quality bilayer systems exposed to microwave irradiation exhibit zero-resistance states even in the presence of intersubband scattering. The inelastic mechanism of microwave photoresistance is found to be the dominant contribution at low temperatures and moderate microwave electric field. This model confirms the reliability of theoretical estimates for the inelastic relaxation time and leads to a satisfactory explanation of photoresistance in bi- and multilayer electron systems. In high magnetic fields, the suppression of tunnelling between layers causes new correlated states owing to electron-electron interaction in neighboured layers. In this thesis, trilayer electron systems formed by triple quantum wells reveal new fractional quantum Hall states if tunnelling is suppressed by a parallel component of the magnetic field at mK temperatures.