Une équipe de chercheurs du C2N a réalisé, lors d’un travail expérimental, une propagation cohérente d'électrons dans des circuits sur des distances macroscopiques grâce à une nouvelle stratégie de nano-ingénierie.
La cohérence quantique des quasi-particules électroniques sous-tend de nombreuses propriétés de transport émergentes des conducteurs à petite échelle. De nouvelles implémentations électroniques de dispositifs d’optique quantique sont maintenant disponibles avec des perspectives telles que les manipulations de qubits «volants». Cependant, les interférences électroniques quantiques dans les conducteurs (longueur de cohérence quantique) restaient jusqu'à présent limitées à des trajets de propagation inférieurs à 30 µm, indépendamment du matériau, de la géométrie et des conditions expérimentales: des valeurs maximales remarquablement similaires ont été obtenues dans les semi-conducteurs balistiques, les métaux diffusifs ou même les matériaux 2D comme le graphène.
En utilisant la nano-ingénierie de circuits, une équipe du département Nanoélectronique du C2N a obtenu pour la première fois une valeur macroscopique de la longueur de cohérence quantique: 0,25 mm, ce qui signifie qu’elle est visible à l’œil nu. Ce résultat est obtenu le long des canaux de bord qui guident les électrons dans le régime de Hall quantique. Normalement, dans cette configuration, la cohérence est limitée par le couplage électronique entre canaux adjacents. Pour éviter les collisions entre canaux, les chercheurs ont fabriqué une nanostructure qui limite le déplacement des électrons à de petites boucles dans des compartiments bordant la paroi interne du canal. Ce confinement oblige les canaux internes à rester dans leur état fondamental, ce qui rend impossible les collisions inélastiques entre électrons. Combiné à une isolation remarquable des autres mécanismes de décohérence, ce confinement augmente la longueur de cohérence d'environ un ordre de grandeur.
Ce travail étend les possibilités d'exploiter les comportements quantiques des électrons jusqu'aux échelles de longueur macroscopiques et ouvre de nouvelles perspectives en optique électronique quantique.
Références :
Macroscopic electron quantum coherence in a solid-state circuit, H. Duprez, E. Sivre, A. Anthore, A. Aassime, A. Cavanna, A. Ouerghi, U. Gennser et F. Pierre, Physical Review X, 9, 021030 – publié le 14 Mai 2019
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.021030
- Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), CNRS, Univ Paris-Sud/Paris-Saclay
- Université de Paris, Univ Paris Diderot
Contact :
- Anne Anthore, Associate Professor Université de Paris at C2N
- Frédéric Pierre, CNRS Senior Researcher at C2N
Figure : Micrographie électronique à balayage colorée de l'échantillon: interféromètre de Mach Zehnder et stratégie de confinement sont utilisés pour obtenir et démontrer une longueur de cohérence électronique record : 0,25 mm. Crédits : C2N.
