Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 23-03-2017

2 sujets INAC

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• Physique mésoscopique

 

Circuits Supraconducteurs en Technologie Silicium

SL-DRF-17-0356

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (LATEQS)

Grenoble

Contact :

François LEFLOCH

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2016

Contact :

François LEFLOCH

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

04-38-78-48-22

Directeur de thèse :

François LEFLOCH

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

04-38-78-48-22

L’énorme avantage de la technologie Silicium est sa maturité et sa fiabilité. Or, il se trouve que certains matériaux utilisés ou intégrable dans les dispositifs à base de silicium sont supraconducteurs à basse température. L’objectif de ce projet est donc de réaliser, à partir de ces matériaux, un nouveau genre de dispositifs de type transistor MOSFET pour lesquels les électrodes drain et source seront supraconductrices. Une fois réalisés ces nouveaux circuits permettront de développer des architectures quantiques dans une technologie intégrable.

A basse température, un transistor MOSFET silicium de taille nanométrique agit comme un transistor à un électron à cause du confinement électrostatique et de l’interaction coulombienne. Cette situation apparait lorsque l’énergie de charge devient plus importante que l’énergie thermique. Par ailleurs, la supraconductivité est décrite par la condensation d’un très grand nombre de paires d’électrons dans un état quantique macroscopique. D’un point de vue purement scientifique, l’intérêt de l’étude est de mieux comprendre comment des propriétés à priori antagonistes peuvent coexister dans ce genre de dispositifs hybrides. L’un des objectifs est de réaliser des dispositifs de type jonctions Josephson contrôlables par une grille et pour lesquelles un courant électrique peut circuler sans dissipation. Ces composants couplés à une capacité permettent de réaliser un qubit supraconducteur dont l’écart entre niveaux d’énergie est contrôlable par la grille. Ce point est important pour pouvoir ajuster le couplage du qubit avec une cavité supraconductrice dont la fréquence de résonance est fixée par la géométrie. Dans beaucoup de situations expérimentales, c’est ce couplage qui permet de lire et/ou transférer l’information quantique portée par le qubit.

D’un point de vue technologique, les électrodes seront fabriquées à partir de silicures supraconductrices comme le mono-siliciure de PtSi ou de Silicium dopé Bore (Si:B) qui peut être rendu supraconducteur par recuit/dopage laser. Dans le cas des silicures, l’objectif est de maitriser les réactions à l’état solide métal/semi-conducteur afin d’obtenir la bonne phase supraconductrice en veillant à ce que ce siliciure soit le plus proche de l’entrée du canal du transistor. Pour le Si:B, il convient de maitriser le recuit/dopage laser d’abord sur du Silicium sur isolant (SOI) puis sur des structures préexistantes sans les endommager. L’objectif technologique est de diminuer les résistances d’accès qui sont une source importante de dissipation dans les transistors submicroniques commerciaux. C’est un enjeu primordial dans l’industrie de la micro-nano électronique où la consommation énergétique est un facteur limitant de développement.

En pratique, l’étudiant(e) sera rattaché(e) à l’INAC/PHELIQS/LaTEQS et intégrera l’équipe DTSI/SDEP du CEA/LETI pour la réalisation de structures de test simplifiées ainsi que de dispositifs en salle blanche. Les mesures à basse température se feront au LaTEQS de l’INAC au CEA.

Visualisation de la supraconductivité hors-équilibre

SL-DRF-17-0519

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (LATEQS)

Grenoble

Contact :

Claude CHAPELIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Claude CHAPELIER

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

0438783905

Directeur de thèse :

Claude CHAPELIER

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

0438783905

Voir aussi : http://inac.cea.fr/Pisp/vincent.renard/GroupSite/

Les supraconducteurs de forte résistivité à l’état normal, tel que le nitrure de Titane (TiN), sont des matériaux idéaux pour les détecteurs de photons à inductance cinétique et les amplificateurs paramétriques supraconducteurs. Cependant, cette grande résistivité tend à localiser les électrons au détriment de la supraconductivité. Cette compétition conduit à une transition entre un état supraconducteur et un état isolant. Il a été montré qu’à l’approche de cette transition, l’état supraconducteur devient intrinsèquement inhomogène. Cette inhomogénéité électronique influence nécessairement la dynamique des quasi-particules. En effet, la réponse électrodynamique des supraconducteurs fortement désordonnés est d’autant plus altérée que le désordre est important. Qualitativement, ces observations peuvent s’expliquer par un modèle où les quasi-particules sont piégées dans des régions où le paramètre d’ordre est plus faible et qui sont intrinsèquement présentes dans ces matériaux.



Le but du projet est de tester ce modèle en visualisant les inhomogénéités supraconductrices d’un nanofil de TiN à l’aide d’un microscope à effet tunnel (STM) fonctionnant à 50 mK et en enregistrant simultanément le courant critique du nanofil en fonction de la position de la pointe du STM. On pourra ainsi remonter à l’efficacité locale de la brisure des paires de Cooper par l’injection de quasi-particules à différentes énergies. Les expériences se feront aussi sous champ magnétique, à proximité d’un cœur de vortex (tube de flux quantique qui traverse le supraconducteur) afin de comprendre la compétition entre le piégeage des quasi-particules dans le vortex et les processus de recombinaison en paires de Cooper. Ce travail est une collaboration entre les laboratoires CEA-INAC et l’IRAM. Pendant le stage de master, l’étudiant(e) se familiarisera aux techniques de croissance du TiN par pulvérisation cathodique et caractérisera ses propriétés supraconductrices par spectroscopie tunnel (STM) à basse température. Pendant la thèse qui suivra, il (elle) fabriquera les nanofils en salle blanche par lithographie électronique et gravure puis en fera la spectroscopie hors-équilibre par STM à 50 mK.

 

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