Thèse soutenue

Mélangeurs Josephson à haute température critique pour la détection térahertz

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Auteur / Autrice : Maxime Malnou
Direction : Nicolas BergealJérôme Lesueur
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 07/07/2015
Etablissement(s) : Paris 6
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique de la région parisienne (....-2013)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (Paris ; 2010-....)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yuri Divin, Jérôme Tignon, Roch Espiau de Lamaëstre, Carlo Sirtori
Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Méchin, Olivier Bourgeois

Mots clés

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Résumé

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Cette thèse porte sur la fabrication et la caractérisation d'un mélangeur hétérodyne, à partir d'YBa2Cu3O7, un matériau supraconducteur à haute température critique. Nous avons évalué son potentiel pour la détection d'ondes térahertz. La physique complexe des jonctions irradiées a été correctement décrite en modifiant légèrement les équations quasi-classiques d'Usadel, originellement développées pour les supraconducteurs inhomogènes à basse température critique. Les mesures de transport électronique ont montré que nos dispositifs respectent le modèle de la jonction résistivement shuntée. Nous avons expliqué leur fonctionnement à haute fréquence au moyen du modèle à trois ports, et démontré la détection d'ondes jusqu'à 400 GHz. Nous avons identifié l'efficacité de conversion du mélange hétérodyne comme le produit de trois termes : deux rendent compte des adaptations d'impédances en entrée et sortie du mélangeur, le troisième caractérise la conversion à basse fréquence des signaux térahertz. La puissance de l'oscillateur local nécessaire, l'étendue dynamique du mélangeur ainsi que son efficacité de conversion ont été mesurées, s'accordant bien avec les simulations numériques. Le recours à un réseau de jonctions Josephson synchronisées est incontournable pour parvenir à créer un oscillateur local puissant et spectralement fin à partir de l'oscillation propre des jonctions. Nous avons identifié le verrouillage par une boucle externe comme l'unique mécanisme efficace de synchronisation et simulé son effet. Enfin nous avons mesuré la première signature d'une synchronisation dans un réseau à deux dimensions de jonctions irradiées.