Vers la quantification de la conductance dans des dispositifs à effet Hall quantique de spin basés sur des matériaux III-V.

Towards conductance quantization in quantum spin Hall devices based on in III-V materials.

• Auteur / Autrice : Guillaume Sigu
• Direction : Benoit Jouault, Frederic Teppe
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Information, Structures, Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2C - Laboratoire Charles Coulomb
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe de Recherche Physique Appliquée

Mots clés

Mots clés libres

Magnetotransport

Magnetooptique

Topology

Magneto optics

Topology

Magnetotransport

Résumé

Les phases topologiques dans la matière condensée ont attiré une attention considérable depuis la découverte de l'effet Hall de spin quantique topologique en 2005. Différents matériaux topologiques seront étudiés dans cette thèse de doctorat, principalement des systèmes III-V basés sur des hétérostructures InAs/GaInSb/InAs. Cette recherche est motivée par des résultats récents de notre équipe. Nous avons d'abord prédit théoriquement qu'en ajoutant une seconde couche d'InAs aux puits quantiques InAs/GaInSb, le gap inversé peut être augmenté jusqu'à 60 meV et est indépendant de la température. Nous avons ensuite démontré expérimentalement que l'écart énergétique dans ces matériaux est assez important, comparable à nos prédictions, et nous avons également détecté la présence de courants de bord. Le nouvel objectif est de mettre en évidence la quantification de la conductance due à la protection topologique des états de bord, et de créer un transistor topologique à effet de champ basé sur la transition de phase entre les alignements de bandes triviaux et topologiques. Un champ électrique externe appliqué entre les portes supérieure et arrière activera et désactivera la conductivité des bords. La transition de phase devrait permettre une pente très raide sous le seuil, ouvrant ainsi la voie à des dispositifs optoélectroniques plus efficaces.

Topological phases in condensed matter have attracted considerable attention since the discovery of the topological quantum spin Hall effect in 2005. Different topological materials will be studied in this PhD thesis, mainly III-V systems based on InAs/GaInSb/InAs heterostructures. This research is motivated by recent results from our team. We first predicted theoretically that by adding a second InAs layer to InAs/GaInSb quantum wells, the inverted gap can be enhanced up to 60 meV and is temperature independent. Then we demonstrated experimentally that the energy gap in these materials is quite large, comparable to our predictions, and we also detected the presence of edge currents. The new goal is to evidence the conductance quantization due to the topological protection of the edge states, and to create a topological field effect transistor based on the phase transition between trivial and topological band alignments. External electric-field applied between top- and back-gates will switch on and off the edge conductivity. The phase transition should allow for a very steep sub-threshold slope, opening a way towards more efficient optoelectronic devices.