12 octobre 2018
Transport balistique et supraconductivité dans des hétérostructures de Ge/SiGe
Contact : Florian VIGNEAU
Transport balistique et supraconductivité dans des hétérostructures de Ge/SiGe

Vue schématique d’un puits quantique de Ge avec des contacts supraconducteurs et surmonté d’une grille d’accumulation et de deux grilles latérales.

Nous avons étudié le transport balistique de trous dans un canal unidimensionnel (1D) fabriqué à partir d’un puits quantique en germanium, et mis en évidence une forte anisotropie du facteur g. Puis, nous avons intégré un tel canal dans un dispositif supraconducteur contrôlable par une grille, et induit la supraconductivité dans le canal par effet de proximité à l’aide d’électrodes en aluminium.


Les gaz de trous bidimensionnels en Ge combinent de nombreuses propriétés attractives pour le développement de la nanoélectronique et des technologies d’information quantique, tels que de hautes mobilités électroniques et un fort couplage spin-orbite. Nous avons réalisé des dispositifs d’électronique quantique à partir d’hétérostructures de SiGe/Ge/SiGe fabriquées par dépôt chimique en phase vapeur afin d’explorer le potentiel de ce matériau.
Dans une première étude [1], nous avons défini des points de contact quantique à l’aide de grilles électrostatiques latérales. En appliquant une tension positive sur les grilles latérales nous avons confiné les trous dans une constriction 1D de largeur comparable à leur longueur d’onde. Cela résulte en la discrétisation du spectre d’énergie des porteurs transmis par le canal et à la quantification de la conductance en régime de transport balistique, effets que nous avons mis en évidence par des mesures de transport à basse température. En appliquant un champ magnétique d’orientation variable, nous avons alors mis en évidence une forte anisotropie du facteur g, qui caractérise la sensibilité au champ des niveaux d’énergie des trous. Ce facteur varie de 1 à 10 en valeur absolue selon l’orientation du champ, en cohérence avec le caractère de trous lourds des porteurs dans la bande de valence.
Dans une seconde étude [2], nous avons fabriqué une jonction Josephson en connectant des électrodes supraconductrices en Al au canal de Ge. Nous avons mis en évidence la propagation d’un supercourant contrôlable par une grille dans le Ge, par des mesures de transport électrique à 16 mK. Ensuite, nous avons réalisé des dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs (SQUIDs) en connectant deux jonctions similaires dans une boucle supraconductrice. Enfin, nous avons fabriqué des dispositifs équipés de grilles latérales pour induire une barrière tunnel au milieu de la jonction afin de réaliser une spectroscopie tunnel et révéler le gap supraconducteur induit.
Ces résultats ouvrent la voie à la fabrication de nouveaux dispositifs quantiques tels que des Transmons (qubits supraconducteurs) contrôlables par une grille. De plus, le fort couplage spin-orbite des trous devrait permettre la manipulation rapide et cohérente des spins à partir d’un champ électrique externe. Enfin, induire la supraconductivité dans un canal 1D avec un fort couplage spin-orbite devrait générer des états topologique supraconducteurs avec des quasi-particules de Majorana.
Ce travail a été réalisé au laboratoire PHELIQS/LATEQS avec l’aide de la Plateforme Technologique Amont (PTA). Les hétérostructures de Ge/SiGe ont été fabriqué à l’Université de Warwick pour la première étude et à l’Université Technique de Delft pour la seconde. Nous avons reçu le soutien de l’Agence Nationale de la Recherche au travers le projet TOPONANO et du programme CEA DRF impulsion Super-G. Nous remercions nos collaborateurs de l’Université de Pittsburgh et le support du projet HYBRID NSF PIRE-1743717, ainsi que la Fondation Nanoscience de Grenoble.
[1] R. Mizokuchi et al. Nano Lett. 2018, 18, 8, 4861-4865
[2] http://arxiv.org/abs/1810.05012

 

 

Maj : 12/10/2018 (1309)

 

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