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Thèse soutenue

Fluctuations quantiques de la charge dans les circuits à un électron et à une paire de Cooper

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Auteur / Autrice : Vincent Bouchiat
Direction : Michel Devoret
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences appliquées
Date : Soutenance en 1997
Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

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Dans des circuits constituées d'électrodes métalliques sub-microniques de petite capacité c, séparées par des jonctions tunnel, le transfert contrôle d'électrons individuels par effet tunnel peut être réalisé : la charge des électrodes y est alors quantifiée en multiple d'électrons. L'opération de tels circuits à un électron nécessite d'une part que l'énergie caractéristique des fluctuations thermiques k#bt reste petite devant l'énergie électrostatique des électrodes e#2/2c, et d'autre part que les résistances des jonctions soient grandes devant le quantum de résistance h/e#2. Quel est le processus de disparition des effets mono-électron lorsque les résistances tunnel sont sous en dessous de cette limite ? Que devient cette limite lorsque les électrodes sont supraconductrices ? Qu'elle est alors l'influence de la dissipation sur le comportement quantique de ces systèmes ? Cette thèse apporte des réponses expérimentales à ses questions. Dans un transistor à un électron, circuit élémentaire de la mono électronique utilise en électrométrie, la conductance aux faibles tensions est modulée par la charge de la tension de grille avec une période de un électron. A température donnée, l'amplitude de cette modulation diminue fortement lorsque la résistance des jonctions diminue sous le seuil h/e#2 : l'énergie électrostatique est atténuée par les fluctuations quantiques de la charge et les effets à un électron repoussés aux plus basses températures. L'expérience de boite a paire de Cooper, constituée d'une électrode supraconductrice couplée à un réservoir par une jonction Josephson, permet de tester la généralisation des effets de charges aux supraconducteurs. Lorsque les paires de Cooper sont stockées dans la boite, le couplage Josephson induit des fluctuations quantiques qui détruisent partiellement la quantification de la charge de l'électrode et instaurent un état de cohérence quantique macroscopique. Ces fluctuations quantiques peuvent à leur tour être détruites par la dissipation. Le bruit dans ces systèmes ainsi que des procédés originaux pour leur nanofabrication sont enfin présentes.