Fluctuations électriques et flux de chaleur dans un circuit composite quantique

Electrical fluctuations and heat flow in a quantum composite circuit

• Auteur / Autrice : Émile Sivré
• Direction : Frédéric Pierre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Marco Aprili
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Pierre, Marco Aprili, Adeline Crépieux, Clemens Winkelmann, Gwendal Fève, Pascal Degiovanni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Adeline Crépieux, Clemens Winkelmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bruit électrique

Transfert de chaleur

Mots clés libres

Transport quantique

Flux de chaleur

Fluctuations de courant

Quantum transport

Heat flow

Current fluctuations

Résumé

L'interaction de Coulomb influence fortement toutes les propriétés de transport des circuits composites quantique à basse température. Dans cette thèse, nous étudions les fluctuations de courant et le flux de chaleur dans un circuit quantique, composé de plusieurs canaux de conduction élémentaires. Nous utilisons la mesure combinée des corrélations croisées et des auto-corrélations des fluctuations de courant, ce qui nous permet d'extraire séparément, d'une part, le bruit de grenaille provenant du partitionnement des électrons via un canal partiellement transmis et, d'autre part, la température des électrons dans le dispositif. Nous commençons notre investigation dans le cas où un canal quantique élémentaire arbitraire est inséré dans un circuit linéaire. Dans ce cas, nous établissons expérimentalement une relation reliant la suppression de conductance induite par l'interaction de Coulomb et la variation du bruit de grenaille en fonction de la tension. Deuxièmement, dans le même circuit, nous mesurons le bruit de grenaille au travers d'un canal élémentaire unique résultant du transfert de charges induit par un pur gradient thermique. Troisièmement, nous étudions l'effet de l'interaction de Coulomb sur le flux de chaleur électronique. Dans un circuit composé exclusivement de canaux balistiques, nous démontrons expérimentalement le blocage de Coulomb de la chaleur systématique de l'un des canaux. Au-delà de la limite balistique, nous observons un nouveau mécanisme sur le flux de chaleur relié à la fois au partitionnement électronique à travers un canal non balistique et à l'interaction de Coulomb.

The Coulomb interaction strongly influences all transport properties of quantum composite circuits at low temperature. In this thesis, we investigate the current fluctuations and the flow of heat in a quantum circuit, composed of several elementary conduction channels. We use combined measurement of cross-correlations and auto-correlations of the current fluctuations, allowing us to extract separately, on the one hand, the current shot noise coming from the partitions of electrons through a partially transmitted channel and, on the other hand, the temperature of the electrons in the device. We start our investigation with an arbitrary elementary quantum channel embedded in a linear circuit. In this case, we establish experimentally a relation connecting the conductance suppression induced by the Coulomb interaction and the shot noise variation as a function of the voltage. Second, in the same circuit, we measure the shot noise through a single elementary channel resulting from the transfer of charge induced by a pure thermal bias. Third, we investigate the effect of Coulomb interaction on the electronic heat flow. In a circuit exclusively composed of ballistic channels, we demonstrate experimentally the systematic heat Coulomb blockade of one of the channels. Beyond the ballistic limit, we observe a new heat flow mechanism connected to both the electron-partition through a non-ballistic channel and to the Coulomb interaction.