Un spectromètre mésoscopique reposant sur l'effet Josephson

A mesoscopic spectrometer based on the Josephson effect

• Auteur / Autrice : Joël Griesmar
• Direction : Çağlar Girit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 10/12/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : An incubator for young teams (USR 3573) (CNRS and Collège de France partnership)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Collège de France (1530-....)
• Jury : Président / Présidente : Cristian Urbina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Çağlar Girit, Cristian Urbina, Pertti Hakonen, Max Hofheinz, Julia Meyer, Sophie Guéron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pertti Hakonen, Max Hofheinz

Mots clés

Mots clés libres

Physique Mésoscopique

Jonction Josephson

Supraconducteur

Topologie

Circuits quantiques

Mesoscopic physics

Josephson junction

Superconductor

Topology

Quantum circuits

Résumé

Cette thèse décrit la réalisation d’un nouveau dispositif pour la physique mésoscopique : le spectromètre Josephson. Il est composé de deux jonctions Josephson et repose sur l’effet Josephson pour convertir une tension continue en oscillations micro-ondes de fréquence pouvant atteindre 180 GHz. L’absorption de ces photons est directement mesurée sur la caractéristique courant-tension du spectromètre.Le spectromètre est soigneusement dessiné pour éviter qu’il n’excite des modes électromagnétiques parasites et pour optimiser le couplage au système d’intérêt.Le spectromètre Josephson est utilisé pour mesurer le spectre de quatre systèmes simples dans une large gamme de fréquences : un mode de résonateur LC autour de 150 GHz, l’excitation de quasiparticules dans un supraconducteur au-dessus de 90 GHz, la fréquence plasma d’une jonction Josephson autour de 15 GHz et la fréquence plasma d’un RF-SQUID autour de 80 GHz.Finalement, quelques systèmes plus complexes et stimulants pouvant être sondés avec le spectromètre sont présentés, ainsi que quelques améliorations à apporter à la version actuelle du spectromètre.

This thesis discusses the realization of a new device for mesoscopic physics: the Josephson spectrometer. It consists of two Josephson junctions and relies on the Josephson effect to convert a DC voltage to microwave oscillations at frequencies up to 180 GHz. Absorption of the emitted photons is directly measured in the current-voltage characteristic of the spectrometer.The spectrometer is carefully designed in order to avoid exciting parasitic electromagnetic modes and to optimize the coupling to the device under test.The Josephson spectrometer is used to measure the spectra of four simple systems over a wide frequency range: a LC resonator mode around 150 GHz, the excitation of quasiparticles in a superconductor above 90 GHz, the plasma frequency of a Josephson junction around 15 GHz and the plasma frequency of a RF-SQUID around 80 GHz.Finally, some more complex and challenging targets for the spectrometer are presented, as well as improvements to be implemented to the current version of the device.