Cohérence aux échelles mésoscopiques : réponse électromagnétique d'anneaux isolés et supercourants dans les nanotubes de carbone
Résumé
At mesoscopic scale and low temperature, the electronic wavefunctions, in a metallic sample, keep a well defined phase on the phase coherence length which is of the order of the size of the system. Electronic transport and thermodynamic properties of such systems are then modified by electronic interferences. In a ring geometry, because of the influence of magnetic flux on the phase of electronic wavefunctions, these corrections lead to a periodic behaviour versus the magnetic flux through the ring with a period determined by the flux quantum h/e. By coupling mesoscopic rings to a microresonator we show that the correction due to quantum coherence to the average electromagnetic response of bidimensionnal rings etched in a GaAs/GaAlAs heterojunction is dominated by the electric contribution. This latter quantity is positive at low field, which means that screening is enhanced when time reversal symetry is broken by magnetic field. The magnetic response is diamagnetic at low field. This sign was also measured on silver rings, which is not consistent with current theoretical predictions for orbital magnetism of rings. In order to test the possibility to induce coherent transport in carbon nanotubes, we have connected them to superconducting contacts. Our results on these junctions show that it is possible to have proximity induced superconductivity in such system. The measured critical current are surprisingly high compared to the expected value in SNS junctions with normal metal. These junctions also exhibit remarkable behaviour versus temperature or magnetic field.
Aux échelles mésoscopiques et à basse température, les fonctions d'onde électroniques, dans un échantillon métallique, conservent une phase bien définie sur la longueur de cohérence de phase, qui est de l'ordre de la taille de l'échantillon. Les propriétés de transport électronique et les propriétés thermodynamiques de tels systèmes sont modifiées par les interférences électroniques au sein du matériau. Dans une géométrie annulaire, du fait de l'action du flux magnétique sur la phase des fonctions d'onde électroniques, ces corrections sont révélées par un comportement périodique en fonction du flux magnétique au travers de l'anneau avec une échelle de flux déterminée par le quantum de flux h/e. En couplant des anneaux mésoscopiques à un micro-résonateur nous avons pu montrer que la correction liée à la cohérence quantique de la réponse électromagnétique moyenne d'anneaux bidimensionnels gravés dans une hétérojonction GaAs/AlGaAs était dominée par la contribution électrique. Cette dernière est positive à bas champs indiquant que l'écrantage électrique est augmenté lorsque la symétrie par renversement du temps est brisée par le champ magnétique. La réponse magnétique orbitale est quant à elle diamagnétique à bas champ. Ce diamagnétisme à bas champ a été également mis en évidence sur des anneaux d'argent, en contradiction avec les théories actuelles sur le magnétisme orbital de tels systèmes. Pour tester la possibilité d'induire un transport cohérent dans des nanotubes de carbones, nous avons relié ceux-ci à des contacts supraconducteurs. Nos résultats sur les jonctions ainsi formées montrent qu'il est possible d'induire de la supraconductivité dans un nanotube de carbone par effet de proximité. Les courants critiques mesurés dans de tels systèmes sont étonnamment élevés par rapport à ce qui est attendu dans des jonctions SNS constituées d'un métal normal. Ces jonctions présentent également des comportements avec la température ou le champ magnétique originaux.