SQUID à nanotube de carbone : jonction Josephson à boîte quantique, jonction-Ä, effet Kondo et détection magnétique d'une molécule aimant, Carbon nanotube based nanoSQUIDs : quantum dot Josephson Pi-junction, Kondo effect, and magnetic detection of molecular nanomagnets
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Thèse soutenue le 17 février 2011: UNIVERSITE DE GRENOBLE, Grenoble
La manipulation de la matière au niveau nanométrique a ouvert depuis une quinzaine d'années de nouveaux champs fondamentaux et applicatifs pour les scientifiques et les industriels. Dans ce nouveau paradigme, la nanoélectronique quantique se propose de fonder une nouvelle électronique basée sur les phénomènes quantiques de la matière et plus particulièrement sur la nature quantique des électrons. Ce projet de thèse s'articule autour d'un système électronique quantique hybride supraconducteur/nanotube de carbone (CNT) dénommé nano-SQUID. Ce dispositif présente une boucle supraconductrice contenant deux jonctions CNT en parallèle. Il couple de façon unique les propriétés d'un interféromètre supraconducteur SQUID avec celles de jonctions Josephson à boîte quantique moléculaire. A travers des expériences de transport réalisées, à des températures de quelques dizaines de milli-Kelvins, dans un cryostat à dilution inversé, nous avons étudié les interactions électroniques entre une boîte quantique nanotube et des électrodes supraconductrices. Nous nous sommes particulièrement focalisés sur l'influence de l'état de spin du nanotube sur le courant supraconducteur, qui peut, dans certaines conditions, conduire à la réalisation d'un jonction-. Par un contrôle électrostatique des paramètres microscopiques du dispositif nous avons ainsi pu définir un diagramme de phase expérimental des transitions 0- d'une jonction Josephson à boîte quantique. La dernière partie de cette thèse a porté sur l'utilisation du nano-SQUID comme magnétomètre. En effet, en couplant un aimant moléculaire au CNT composant le SQUID, il a été montré théoriquement qu'il est possible de détecter le retournement d'aimantation d'un spin unique. Nous avons ainsi couplé au nano-SQUID l'aimant moléculaire Double Decker Holmium et réalisé les premières mesures de détections magnétiques aux résultats prometteurs.
-Squid
-Transport quantique
-Supraconductivité
-Aimants moléculaires
-Nanotubes de carbone
-effet Kondo
The manipulation of matter at the nano-scale has opened, since fifteen years, new fundamental and application avenues for science and industry. In this new paradigm, quantum nano-electronics propose to start a new electronics based on quantum effects of matter and more particularly on the quantum nature of electrons. This thesis project deals with an electronic hybrid superconductor/carbon nanotube (CNT) system called nano-SQUID. This device has a superconducting loop containing two CNT junctions in parallel. This unique system couples the properties of a superconducting interferometer (SQUID) with those of molecular quantum dot (QD) Josephson junctions (CNT junction). Through transport experiments performed in a reversed dilution cryostat at temperatures of several tens of milli-Kelvin, we studied the electronic interactions between a nanotube quantum dot and superconducting electrodes. We specifically focused on the influence of the magnetic state of the nanotube on the superconducting current flowing through. Depending on the QD spin state, the CNT Josephson junction can behave as a -junction. Finally a complete electrostatic control allowed us to define an experimental 0- phase diagram of a QD Josephson junction.
-Squid
-Carbon nanotube
-Superconductivity
-Molecular magnets
-Quantum transport
-Kondo effect
Source: http://www.theses.fr/2011GRENY013/document
THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Nano-Physique
Arrêté ministériel : 7 août 2006
Présentée par
Romain Maurand
Thèse dirigée par Wolfgang Wernsdorfer et
codirigée par Laëtitia Marty
préparée au sein de l ’Institut Néel
dans l'École Doctorale de Physique
SQUID à nanotube de carbone :
Jonction Josephson à boîte quantique,
Jonction-π, effet Kondo et
Détection magnétique d'aimants
moléculaires
Thèse soutenue publiquement le 17/02/2011
devant le jury composé de :
Mr, Hervé COURTOIS
Professeur, UJF/INéel-CNRS, Président
Mr, Philippe LAFARGE
Professeur, UPD/MPQ-CNRS, Rapporteur
Mr, Hugues POTHIER
Chercheur, IRAMIS-CEA, Rapporteur
Mr, Richard DEBLOCK
Chargé de recherche, LPS-CNRS, Examinateur
Mlle, Laëtitia MARTY
Chargée de recherche, INéel-CNRS, Co-directrice de thèse
Mr, Wolfgang WERNSDORFER
Directeur de recherche, INéel-CNRS, Directeur de thèse
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