Transport quantique dans des nanostructures

Abstract - Quantum transport in nanostructures.
This work is devoted to the design, fabrication and magnetotransport investigations of mesoscopic devices. The sample are obtain by e-beam lithography and the measurements are performed at low temperature in a dilution refrigerator in the presence of a magnetic field.

We have used MBE grown AlGaAs/GaAs heterojonctions as starting material to fabricate a bipartite tiling of rhombus called lattice. We observe for the first time large amplitude h/e oscillations in this network as compared to the one measured in square lattices of similar size. These oscillations are the signature of a recently predited localization phenomenon induced by Aharonov-Bohm interferences on this peculiar topology. For particular values of the magnetic field the propagation of the electron wave function is bounded in a small number of cells, called Aharonov-Bohm cages. More strikingly, at high magnetic field, h/2e oscillations appear whose amplitude can be much higher than the fundamental period. Their temperature dependence is similar to that of the h/e signal. These observations withdraw a simple interpretation in terms of harmonics generation. The origin of this phenomenon is still unclear and needs more investigations. The influence electrical width of the wire defining the network and so the rule of the number of channels can be studied using a gate deposited over the lattice. In particular we have measured the amplitude dependence of the h/e and h/2e signal versus the gate voltage.

Résumé
Ce travail est consacré à la réalisation d'échantillons mésoscopiques à partir de la lithographie électronique ainsi qu'à leur caractérisation à très basse température en magnétotransport.

Nous avons pour cela exploité le gaz bidimensionnel d'électrons situé à l'interface d'une hétérojonction AlGaAs/GaAs pour réaliser un réseau de boucle d'une géométrie particulière baptisée la géométrie . Nous avons observé sur cette structure des oscillations de conductance en fonction du flux du champ magnétique de période h/e dont l'amplitude est beaucoup plus importante que celle mesurée sur un réseau carré de même dimension. Cette différence constitue une signature d'un effet de localisation induit par le champ magnétique sur la topologie . Pour des valeurs spécifiques du champ magnétique, du fait des interférences destructives Aharonov-Bohm, la propagation des fonctions d'ondes est limitée à un ensemble fini de cellule du réseau appelé cage.

De la dépendance en température des oscillations de période h/e mesurées sur le réseau nous avons tiré une longueur caractéristique qui peut être rattachée au périmètre des cages. Un phénomène inattendu fut l'observation, pour des champs magnétiques plus importants, d'un doublement de fréquence des oscillations. Ces oscillations de période h/2e pouvant avoir une amplitude supérieure aux oscillations de période h/e, une interprétation en terme d'harmonique n'est pas possible. Enfin, l'influence de la largeur électrique des fils constituant le réseau et donc celle du nombre de canaux par brin a été étudiée en réalisant des grilles électrostatique. Les variations de l'amplitude des signaux en h/e et h/2e en fonction de la tension de grille ont été mesurés.