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Accueil du site > Dans un métal, le temps de cohérence quantique dépend de la géométrie

Collaboration Expérience-Théorie :

M. Ferrier, L. Angers (doctorant), S. Guéron, H. Bouchiat / G. Montambaux, C. Texier

En physique mésoscopique, les effets d’interférences quantiques sont limités à des échelles de longueur inférieures à une longueur caractéristique appelée longueur de cohérence de phase. A cette longueur correspond un temps appelé temps de cohérence de phase. Comprendre les mécanismes qui limitent cette cohérence, donc les effets d’interférences, est un enjeu essentiel en physique mésoscopique. Une théorie a été développée au laboratoire pour décrire les oscillations quantiques dans des réseaux de fils, et a permis de mettre au point une nouvelle méthode de détermination expérimentale de la longueur de cohérence de phase sans aucun paramètre ajustable. Nous avons ainsi réalisé des mesures de transport dans des grilles gravées dans des hétérojunctions GaAs-GaAlAs. L’analyse théorique des données a permis une détermination très directe de la longueur de cohérence de phase, dominée a basse température par l’effet de l’interaction électron-électron. L’expérience a montré un très bon accord avec la théorie et donc validé cette méthode de mesure de la longueur de cohérence de phase [1]. Plus récemment, nous avons prédit un effet important de la géométrie du circuit sur la cohérence de phase, et montré que l’analyse des mesures de transport dépendant du champ permet d’extraire deux longueurs (ou temps) caractéristiques. Nous avons montré en effet que le temps de cohérence dépend de la nature des trajectoires de diffusion. Ainsi un électron, selon qu’il diffuse sur un fil infini ou sur un anneau, perd sa cohérence de façon différente, à tel point que les temps de cohérence associés ont même des dépendances en température différentes [2,3]. Cette idée est testée actuellement sur des réseaux où l’analyse des mesures de magnétoconductance conduit effectivement à deux temps caractéristiques avec des dépendances en température différentes (figure). Si les cas du fil ou de l’anneau sont bien compris théoriquement, celui du réseau pose encore des problèmes de compréhension profonde, la hiérarchie des trajectoires de diffusion y étant bien plus complexe que dans un fil ou un anneau. L’ensemble de ces résultats résulte d’une collaboration étroite entre théoriciens et expérimentateurs.

Mesure de la longueur de cohérence de phase Lphi. extraite des mesures de magnétoconductance d’un réseau carré de fils. Si l’une des deux mesures conduit à une dépendance en T-1/3, l’autre, extraite de l’amplitude des oscillations Aharonov-Bohm, conduit à un comportement différent (T-1/2) à haute température. a est le pas du réseau.

Références :

[1] Direct measurement of the phase coherence length in a GaAs/GaAlAs square network, M. Ferrier, L. Angers, A. Rowe, S. Guéron, H. Bouchiat, C. Texier, G. Montambaux and D. Mailly, Phys. Rev. Lett. 93, 246804 (2004)

[2] Quantum oscillations in mesoscopic rings and anomalous diffusion, C. Texier and G. Montambaux, J. Phys. A 38, 3455 (2005)

[3] Dephasing and electron-electron interaction in a ring, C. Texier and G. Montambaux, Phys. Rev. B 72, 115327 (2005)