Nanoélectronique Quantique THz

THz Quantum Nanoelectronics

• Auteur / Autrice : Uzer Ahmad
• Direction : Christopher Bauerle, Jean-François Roux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/04/2025
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MCBT

Mots clés

Mots clés libres

Nanoélectronique Quantique

Opto-électronique THz

Paquets d'ondes électroniques ultra-courts

Effets d'interférence quantique

Quantum Nanoelectronics

THz Opto-Electronics

Ultrashort Electron Wavepackets

Quantum Interference Effects

Résumé

La quête incessante de miniaturisation et d'accélération des dispositifs microélectroniques pousse à la fois l'industrie et la science dans un domaine où les effets quantiques deviennent cruciaux à l'échelle nanométrique. À mesure que les dimensions des dispositifs diminuent, leurs opérations atteignent des fréquences de l'ordre de dizaines de GHz, ouvrant la voie à de nouvelles fonctionnalités et modes de traitement de l'information. À l'instar de la physique des hautes énergies, où l'augmentation de l'énergie révèle des phénomènes inédits, la nanoélectronique quantique est prête à explorer des phénomènes sans précédent à des fréquences ultra-élevées (plusieurs centaines de GHz). Ce régime, où les paquets d'ondes électroniques sont nettement plus courts que les dispositifs quantiques, reste encore inexploré. Accéder à ce domaine nécessite la génération de paquets d'ondes électroniques ultra-courts et d'interféromètres suffisamment grands pour induire une interférence entre l'avant et l'arrière des paquets d'ondes. Travailler à ces fréquences élevées permet aux chercheurs d'examiner les échelles de temps internes qui gouvernent la dynamique quantique, offrant ainsi de nouvelles opportunités pour explorer les aspects dynamiques de la mécanique quantique. Le projet de doctorat proposé vise à développer un dispositif opto-électronique THz innovant capable de générer des impulsions de tension aussi courtes qu'une picoseconde. En s'appuyant sur les progrès réalisés dans la production de photons THz et les dispositifs de conversion photon-électron, la recherche vise à concevoir des impulsions de charge électronique THz. Cette approche ouvrira une nouvelle frontière en nanoélectronique quantique, permettant l'étude d'effets d'interférence quantique inédits et révélant la dynamique interne des systèmes quantiques.

The relentless pursuit of miniaturization and faster microelectronic devices drives both industry and science into a domain where quantum effects become critical at the nanoscale. As device dimensions shrink, operations are reaching frequencies in the tens of GHz range, paving the way for new functionalities and modes of information processing. Similar to high-energy physics, where increasing energy reveals novel phenomena, quantum nanoelectronics is poised to unlock unprecedented phenomena at ultra-high frequencies (hundreds of GHz). This regime, where electron wavepackets are significantly shorter than quantum devices, remains unexplored. Accessing this domain requires ultrashort electron wavepackets and large enough interferometers to induce interference between the wavepacket's front and back. Operating at these high frequencies allows researchers to probe the internal timescales governing quantum dynamics, offering new opportunities to explore dynamic aspects of quantum mechanics. The proposed PhD project focuses on developing an innovative THz optoelectronic setup capable of generating voltage pulses as short as 1 picosecond. By leveraging advances in THz photon production and photon-to-electron conversion devices, the research aims to engineer THz electronic charge pulses. This approach will pioneer a new frontier in quantum nanoelectronics, enabling the study of novel quantum interference effects and revealing the internal dynamics of quantum systems.