Rectification and proximity superconductivity in mesoscopic rings
Rectification et supraconductivité de proximité dans des anneaux mésoscopiques
Résumé
This thesis deals with the electronic transport at the mesoscopic scale. That is to say the samples are smaller than Lphi the phase coherence length which corresponds to the length up to which the electrons keep their phase memory and thus can interfere. Lphi increases when temperature decreases (typically, Lphi > 1micron for T < 100mK). This phase coherence yields quantum corrections to the linear conductance G1 (defined by I=G1V+G2V²) which have been studied since the beginning of the 80's. We showed that there is an antisymmetric part in magnetic field of the second order non linear conductance G2 which does not exist in the linear conductance G1 for symmetry reasons (Onsager rules). This term gives informations on the electron-electron interactions. The systems we studied are rings realised in bidimensionnal electron gas. In the second part of my thesis, we placed a normal conductor (i.e. non superconducting) fully coherent between 2 superconductors. In such conditions a supercurrent can flow through the junction. We focused on the phase-current relation Isu(F) in connected superconductor rings which are interrupted by a diffusive metal twice. We observed oscillations in the switching current (Superconductor/Normal) the period of which corresponds to h/(2e) in the area of the ring. The envelop of those oscillations decreases in a gaussian way for high magnetic field and in some cases, it surprisingly increases for low magnetic field.
Le cadre de cette thèse est l'étude du transport électronique à l'échelle mésoscopique. C'est-à-dire que les échantillons sont de taille L < Lphi où la longueur de cohérence de phase Lphi caractérise la longueur sur laquelle les électrons gardent une mémoire de phase et peuvent donc interférer. Lphi augmente quand la température diminue (typiquement, Lphi > 1micron pour T < 100mK). Cette cohérence de phase engendre des corrections quantiques à la conductance linéaire G1 (définie par I=G1V+G2V²) qui ont été étudiées depuis le début des années 80. Pour notre part, nous avons montré l'existence d'un terme impair en champ magnétique dans la conductance non linéaire d'ordre 2 qui n'existe pas dans la conductance linéaire G1 pour des raisons de symétrie (règles d'Onsager). Ce terme donne des informations sur les interactions électron-électron. Les systèmes que l'on a étudiés sont des anneaux réalisés dans un gaz bidimensionnel d'électrons (2DEG). Dans la seconde partie de ma thèse, on a placé un conducteur normal (i.e. non supraconducteur) entièrement cohérent de phase entre 2 supraconducteurs. Dans ces conditions, il peut être parcouru par un supercourant. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la relation supercourant-phase Isu(F) dans des anneaux supraconducteurs connectés qui sont interrompus en 2 endroits par un métal diffusif. Nous avons observé des oscillations du courant de transition (Supraconducteur/Normal) de période correspondant à h/(2e) dans la surface de l'anneau. L'enveloppe de ces oscillations diminue de façon gaussienne à fort champ et dans certains cas de façon surprenante, elle augmente à bas champ.