Lecture radiofréquence de spins de trou confinés dans des boîtes quantiques semiconductrices
Auteur / Autrice : | Estelle Vincent |
Direction : | Silvano De franceschi, Romain Maurand |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique de la matière condensée et du rayonnement |
Date : | Soutenance le 08/11/2023 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Photonique, électronique et ingénierie quantiques (Grenoble) |
Jury : | Président / Présidente : Olivier Buisson |
Examinateurs / Examinatrices : Hermann Sellier, Eva Dupont-Ferrier | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Alexei Orlov, Edward Laird |
Mots clés
Résumé
Les trous dans la bande de valence des semi-conducteurs du groupe IV bénéficient d’une interaction spin-orbite naturelle. Par conséquent, les spins de ces trous peuvent être manipulés avec le champ électrique, ce qui offre d’intéressantes perspectives pour la réalisation de processeurs quantique. Parmi les différents matériaux semi-conducteurs, le Silicium et le Germanium se distinguent pour la fabrication de dispositifs à boîtes quantiques. D'une part, le Silicium isotopiquement purifié offre un environnement magnétique propre ainsi qu'un processus de fabrication très mature. D'autre part, le Germanium présente des mobilités élevées et de faibles masses effectives dans des hétérostructures à puits quantiques, offrant une grande liberté dans la conception des dispositifs. Dans ce manuscrit, nous explorons la physique des spins de trous confinés dans des boîtes quantiques semi-conductrices, en nous concentrant sur les techniques de lecture permettant la détection des états de spins. Nous explorons d'abord la lecture dispersive de trous piégés dans des nanofils de Silicium sur isolant. À cette fin, nous concevons et fabriquons des résonateurs micro-onde supraconducteur en nitrure de Nobium et mettons en œuvre un setup de réflectométrie de grille fonctionnant à quelques gigahertz pour sonder leur réponse en fréquence. Dans un deuxième temps, nous nous concentrons sur la détection de charges dans des doubles boîtes quantiques (DQD) fabriquées dans des hétérostructures en Ge/SiGe. Nous implémentons un setup radiofréquence sur un capteur de charge constitué d'une seule boîte quantique, permettant la différenciation des états de charge du DQD en moins d'une microseconde. Associée à un bruit de charge mesuré autour de 0.2 microEv/sqrt(Hz), le setup permet d'atteindre le régime du dernier trou du DQD. Finalement, nous démontrons la détection du blocage de Pauli. En utilisant ce mécanisme de conversion spin-charge, nous accédons aux états de spin du DQD et rapportons leurs taux de relaxation.