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Accueil du site > Activités de recherche > Supraconductivité de Proximité > Transport dans les Nanotubes de Carbone

Effet de proximité dans les nanotubes de carbone

Un conducteur mésoscopique cohérent connecté à des électrodes supraconductrices est traversé par un supercourant, fonction périodique de la différence de phase entre les deux supraconducteurs. L’amplitude et la dépendance en phase de ce supercourant sont riches en information sur la nature et la symétrie des états quantiques confinés dans la nanostructure.

Compétition entre effet de proximité et corrélation Kondo Dans le cas où la jonction considérée est constituée par un nanotube de carbone il est possible d’étudier la situation originale où la supraconductivité de proximité entre en compétition avec un autre type de corrélation électronique : l’effet Kondo. En effet en modulant finement le couplage entre le nanotube de carbone et les électrodes de mesure on peut atteindre un régime d’effet Kondo où le spin du dernier niveau électronique occupé dans le nanotube est écranté par ceux des électrodes en constituant un état singulet à N particules extrêmement corrélé. Cet effet apparait pour des températures inférieures à une température caractéristique, la température Kondo TK, et donne lieu à une résonance dans la conduction du nanotube dont la largeur est directement reliée à TK. Pour un nanotube de carbone relié à des électrodes supraconductrices, cet effet Kondo subsiste lorsque le gap supraconducteur n’excède pas kBTK. Dans ce cas, effet Kondo et effet Josephson coopèrent avec une forte augmentation du supercourant. Ainsi lorsque la température de transition supraconductrice est supérieure à la température Kondo TK, l’effet Kondo ne peut s’établir et on obtient une jonction pi avec un courant Josephson très faible. Par contre dans le cas inverse l’écrantage Kondo survit dans l’état supraconduteur avec un courant Josephson fortement augmenté. Il en résulte une transition brutale, lorsque le rapport TK/D varie (ce qui correspond expérimentalement à varier une tension de grille), de la valeur du courant critique de la jonction, que nous avons pu mesurer expérimentalement [2]

Mesure de la relation courant-phase Il est par ailleurs prévu que la stabilité du régime Kondo dépende très fortement de la différence de phase supraconductrice aux bornes de la jonction qui peut être contrôlée par un flux magnétique dans une structure annulaire. Il en résulte une forte anharmonicité dans la relation entre le supercourant et la différence de phase supraconductrice (ou relation courant-phase), résultat d’une transition entre les états magnétiques de singulet (non magnétique) et doublet (magnétique) du nanotube, révélant une instabilité dans les corrélations Kondo. La mesure de l’anharmonicité de la relation courant-phase sur des jonctions à base de nanotube de carbone en régime Kondo permettrait donc de sonder finement la stabilité du régime Kondo en présence de contacts supraconducteurs. Cette mesure permettrait également d’aller explorer la relation courant-phase dans d’autres régimes de la jonction à base de nanotube de carbone, en particulier lorsque la transmission des contacts devient proche de l’unité.

Figure : Image obtenue au microscope électronique à balayage d’un SQUID utilisé pour mesurer la relation courant phase d’un nanotube (en jaune). Ce dernier est placé en parallèle avec des jonctions tunnel (en rouge). Un champ magnétique B est appliqué pour moduler le supercourant du SQUID.

Sonder la relation courant-phase d’une jonction à base de nanotube de carbone se fait dans notre équipe en mesurant la modulation du supercourant avec le champ magnétique d’un SQUID DC dont un des bras est constitué par la jonction étudiée et l’autre bras par une jonction de référence de grand supercourant (voir Figure) [1].

Référence :
[1] High frequency quantum noise of mesoscopic systems and current-phase relation of hybrid junctions Julien Basset, Thèse, Orsay (2011).Pdf

[2] Tuning the Josephson current in carbon nanotubes with the Kondo effect
A. Eichler, R. Deblock, M. Weiss, C. Karrasch, V. Meden, C. Schonenberger, H. Bouchiat
Phys. Rev. B 79, 161407(R) (2009).(Pdf)