Spectroscopies locales sur des nanostructures hybrides hors équilibre

Local spectroscopies on hybrid superconducting nanostructures out of equilibrium.

• Auteur / Autrice : Thomas Quaglio
• Direction : Hervé Courtois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/01/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Klaus Hasselbach
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Courtois, Anne Anthore, Clemens Winkelmann, Andrea Marmiroli, Yoshio Nishi, Luca Perniola
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tristan Cren, Philippe Lafarge, Satnam Singh

Mots clés

Mots clés libres

AFM

STM

Supraconducteur

Effet de proximité

Jonction Josephson

AFM

STM

Superconductor

Proximity effect

Josephson junction

Résumé

Nous utilisons un microscope combinant microscopie à force atomique (AFM) et microscopie à effet tunnel (STM) à très basse température (~100 mK) afin d'étudier des nanocircuits mésoscopiques. Pour effectuer l'AFM dans ces conditions, nous utilisons un diapason en quartz recouvert de deux électrodes sur l'une desquelles est collée la pointe. Lorsque le diapason vibre on peut alors localiser en AFM un échantillon conducteur sur un substrat isolant, puis stopper les vibration pour réaliser des spectroscopies tunnel le long de la partie conductrice. Nous utilisons des pointes de platine-iridium ce qui nous permet de mesurer la densité d'états électronique locale. Nous nous sommes intéressés aux jonctions Josephson hybrides composées d'un îlot d'environ 1 µm de métal normal (cuivre) séparant deux supraconducteurs (aluminium). Ces échantillons sont réalisées par lithographie électronique et évaporation sous angle.Les courbes courant-tension de ces jonctions deviennent hystérétiques à très basse température ce qui est vraisemblablement dû à la dissipation thermique dans la partie normale. Nous avons pu localiser de manière fiable des échantillons uniques et effectuer simultanément des mesures en transport et des spectroscopies locales. Nous avons vu que la densité d'états du supraconducteur varie continuement à proximité du métal normal. Nous avons également observé un chauffage du supraconducteur avec le courant traversant la jonction. La mesure de la densité d'états du supraconducteur permet alors d'estimer la température électronique dans l'échantillon. La comparaison avec notre modèle thermique montre que l'énergie thermique produite dans le métal normal semble être évacuée mieux que prévu.

We use a microscope combining atomic force microscopy (AFM) and scanning tunneling microscopy (STM) at very low temperature (~100 mK) to study mesoscopic nanocircuits. To perform AFM measurements, we use quartz tuning forks covered with metallic electrodes on which we glue the tip. By using the tuning fork as a dynamic force sensor, we can localize the sample. Then, switching off the oscillation, we can perform local spectroscopies along the conductive part. We use platinum-iridium coated tips to measure the local density of states. This work is focused on hybrid Josephson junctions composed of a normal metal (copper) island of approximately 1 µm separating two superconductors (aluminium). These samples are made by electronic lithography and shadow evaporation.The current-voltage characteristics of these junctions become hysteretic at very low temperature because of thermal dissipation in the normal part. We achieved the localization of a unique sample and performed simultaneously transport measurements and local spectroscopies. We observed that the density of states of the superconductor varies continuously close to the normal metal. We also observed heating in the superconductor when the junction is current biased. The measure of the density of states of the superconductors gives an estimation of the electronic temperature in the sample. The comparison with our thermal model shows that the energy produced in the normal metal seems to be evacuated better than expected.