Superconductivity and surface plasmons in nanotubes
Supraconductivite et plasmons de surface dans les nanotubes
Résumé
In this work, we present two types of experiments on single nanotubes characterized in parallel by transmission electron microscopy. The first type of experiments was carried out on metal-carbon nanotube -metal junctions. The differential resistances of these junctions were measured at temperatures going from 50 mK to 1K. We showed that it is possible to induce by proximity effect a supercurrent within a rope or a monolayer nanotube, when the contacts are superconducting. When they are normal, an intrinsic superconducting transition in ropes of nanotubes was discovered at temperature down to 500 mK. We analyzed these results taking account the parameters modifying superconductivity in systems with a low number of channels. We thus showed the possibility of observing an ohmic and coherent transport in carbon nanotubes. In the second type of experiments, we looked for the understanding of the dielectric response of multiwalled carbon, boron nitride (BN) and tungsten disulphide (WS2) nanotubes. We made spatially resolved electron energy loss spectroscopy measurements. We first showed the adequacy of a classical description to account for the dielectric properties (1-50 eV) of nanotubes using measurements on carbon and BN nanotubes. The importance of the local anisotropy in the interpretation of the spectra was shown. The same kind of measurements, on WS2 nanotubes with different walls thickness, made it possible to show the existence of electromagnetic surface modes of well defined symmetry resulting from the coupling of the internal and external surfaces modes. A similar interpretation allowed us to analyze the dielectric response of carbon tubes within a classical theory, even when the wall is reduced to a monoatomic sheet.
Dans cet ouvrage, nous présentons deux types d'expériences sur des nanotubes uniques caractérisés parallèlement par microscopie électronique en transmission. Le premier type d'expériences a été mené sur des jonctions métal-nanotube de carbone-métal. La résistance différentielle de ces jonctions a été mesurée à des températures allant de 50 mK à 1K. Lorsque les contacts sont supraconducteurs, nous avons montré qu'il était possible d'induire par effet de proximité un supercourant au sein d'une corde ou d'un tube monoparoi. Lorsque les contacts sont normaux, nous avons pu mettre en évidence une transition supraconductrice intrinsèque dans des cordes de nanotubes à une température critique de environ 500 mK. Nous avons discuté ces résultats en prenant en compte les paramètres modifiant la supraconductivité dans des systèmes à faible nombre de canaux. Nous avons montré ainsi la possibilité d'observer un transport ohmique et cohérent dans des nanotubes de carbone. Dans le second type d'expériences, nous avons cherché à caractériser la réponse diélectrique de nanotubes multifeuillets de carbone, nitrure de Bore (BN) et de disulfure de tungstène (WS2). Pour cela, nous avons effectué des mesures de spectroscopie de perte d'énergie résolues spatialement. Nous avons d'abord montré l'adéquation d'une description classique pour rendre compte des propriétés diélectriques (1-50 eV) de nanotubes à l'aide de mesures sur des nanotubes de carbone et BN. L'importance de l'anisotropie locale dans l'interprétation des spectres a été démontrée. Les mêmes expériences menées cette fois sur des tubes de WS2 de parois d'épaisseur différentes a permis de mettre en évidence l'existence de modes électromagnétiques de surface de symétrie bien déterminée résultant du couplage des modes des surfaces internes et externes. Une même interprétation a permis de d'analyser la réponse diélectrique de tubes de carbone en termes classiques, même lorsque la paroi se réduit à un plan monoatomique.