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Accueil du site > Dissymétrie du bruit quantique d’un système mésoscopique

P.-M. Billangeon (doctorant), R. Deblock et H. Bouchiat, collaboration : F. Pierre (LPN, Marcoussis)

Le transport électronique est un outil de choix pour étudier les propriétés de systèmes mésoscopiques. Toutefois les mesures de conductance ne permettent d’accéder qu’à une partie des informations disponibles sur le système étudié. Pour aller au delà, les mesures des fluctuations du courant électrique autour de sa valeur moyenne, ou bruit, se sont révélées être un outil intéressant. En effet, pourvu que l’on travaille dans une situation hors-équilibre qui permette de mesurer le bruit de grenaille (bruit qui est lié au caractère corpusculaire des électrons), les fluctuations de courant peuvent porter la signature de la statistique des porteurs (fermions ou bosons), de leur charge ainsi que d’effets de corrélation liés aux interactions. Nous nous intéressons aux mesures de ces fluctuations à des fréquences correspondant aux échelles caractéristiques de tension appliquées, ainsi qu’à celle de l’inverse du temps caractéristique de traversée par les électrons des échantillons considérés. Ce régime est particulièrement intéressant car il permet de sonder le système à des fréquences correspondant à ses échelles d’énergie caractéristique. Pour travailler dans ce régime de fréquence (1-100 GHz, typiquement), assez difficile à détecter expérimentalement à basse température, nous couplons sur un même échantillon le système à étudier (la source) à un détecteur, dans notre cas une petite jonction supraconducteur-isolant-supraconducteur (SIS).La détection se fait en mesurant le courant photo-assisté induit dans la jonction SIS par les fluctuations de courant haute-fréquence du système étudié. Cette manière de détecter impose de réaliser sur le même échantillon que la source et le détecteur un circuit de couplage fonctionnant dans la gamme de fréquence 1-100 GHz (voir Fig. 1).

Fig. 1 : Gauche : Image optique d’un dispositif utilisé pour la détection haute fréquence d’un échantillon mésoscopique. Droite : Densité spectrale de bruit de quasi-particule d’une jonction Josephson, de gap supraconducteur , à différentes tensions de polarisation VS.

Ce type de détection, basé sur l’utilisation d’un détecteur quantique, amène à se demander quelle est la quantité mesurée dans une telle expérience, où le détecteur doit être considéré sur le même plan que le système étudié. Nous avons pu ainsi montrer que, avec le type de détection décrit précédemment, il était possible de différencier les processus d’émission (où l’énergie va de la source vers le détecteur) des processus d’absorption (pour lesquels l’énergie est fournie par le détecteur et est absorbée par la source). Cette distinction n’est pas possible pour un détecteur "classique". Cette technique nous a ainsi permis de mettre en évidence une asymétrie entre le bruit en émission et le bruit en absorption dans une jonction Josephson, lié à la densité d’état supraconductrice [1]. Cette expérience prouve que, dans le régime quantique, lorsque la fréquence considérée est plus grande que la température, il est impératif de faire la distinction entre processus d’émission et processus d’absorption.

Référence :

[1] Emission and absorption asymmetry in the quantum noise of a Josephson junction, P.-M. Billangeon, F. Pierre, H. Bouchiat and R. Deblock, Phys. Rev. Lett. 96, 136804 (2006).