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Laboratoire Pierre Aigrain

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Séminaire du 07/01/2008

Détection photo-thermique de nano-objets uniques.

Stéphane Berciaud

résumé:Le contrôle cohérent des états quantiques est une étape cruciale pour le développement des ordinateurs quantiques. Les spins nucléaires, très isolés de leur environnement, sont pour ce genre d’étude des systèmes très pertinents du fait de leur très long temps de cohérence. D’ordinaire leur manipulation se déroule en phase liquide mais pour les développements de l\\\\\\\\’Information Quantique il est important de prolonger cette possiblité dans les solides et en particulier dans les semiconducteurs. C’est dans cette thématique que s’inscrit notre travail. Notre étude expérimentale s’intéresse au contrôle des spins nucléaires dans des hétérojonctions de GaAs/GaAlAs en utilisant l’interaction hyperfine entre les électrons polarisés en spin des états de bords de l’effet Hall Quantique et les noyaux des atomes de Ga et d’As. En régime d’effet Hall Quantique, sur les plateaux, les électrons circulent dans des états de bords. Ces états de bords sont polarisés en spin. Pour le facteur de remplissage ν=2, les électrons circulent sur deux états de bords : sur l’un leur spin est polarisé « up », sur l’autre « down » . Lorsque ces deux canaux adjacents sont mis en déséquilibre thermodynamique, les électrons passent d’un canal à l’autre afin de rétablir cette équilibre. Au passage ils retournent leur spin en interagissant avec les noyaux du Ga et de l’As, ce qui polarise le spin nucleaire de ces derniers (DNP). En retour ces spins nucléaires polarisés modifient le champ magnétique ressentit par les électrons, modifiant ainsi l’interaction entre les canaux de bords et par la même la résistance de Hall (Rh) mesurée. Il est alors possible, comme nous le faisons avec notre système, soit d’utiliser les états de bords de l’effet Hall pour polariser, observer et controler ces spins nucléaires (RMN, oscillations de Rabbi…), soit d’utiliser ces spins nucléaires polarisés comme sonde afin d’étudier les états de bords. C’est sur ce dernier point que nous développerons notre exposé : observer les etats de bords au moyen d’un zone de notre échantillon dont nous avons au préalable plarisé les spins nucléaires. Notre système se compose d’une barre de Hall gravée dans une hétérojonction GaAs/GaAlAs très haute mobilité. Cette barre de Hall est coupée par deux grilles (cross gate) comme le montre la Figure 1. Par ce jeu de grilles, il est possible de créer une région dont les spins nucléaires sont polarisés (DNP region). Une troisième grille (side gate), déposée sur le coté de notre barre permet de déplacer ces états de bords et donc de choisir la position de notre région DNP. Figure 1 : Notre système électronique Il nous est possible par des mesures de Rh d’étudier cette « region DNP », d‘observer son profil spatial, les conditions de sa création, ses temps de déclin... Ce qui nous permet alors d’observer et de mesurer les caractéristiques physiques des états de bords qui sont à l’origine de cette région polarisée en spin (voir Figure 2). Figure 2 : Profil de la region DNP ( influence de la position des états de bords dans le bulk )