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Résultat scientifique | Nanosciences

Graphène : une lame semi-réfléchissante pour électrons


Selon une collaboration franco-japonaise, une jonction p-n en graphène peut faire office de lame séparatrice pour électrons. La fonction d’onde quantique portée par des électrons peut ainsi être « réfléchie » et « transmise » selon deux directions distinctes, le chemin inverse étant également possible. Ces travaux ouvrent la voie à des expériences d’optique électronique quantique inédites.

Publié le 26 mai 2016

Difficile d’isoler un état quantique électronique dans un conducteur tant ces états sont nombreux ! Des chercheurs de l’Iramis ont eu l’idée de sélectionner les états de surface d’un conducteur de dimension finie, soumis à un champ magnétique. Les électrons « de volume » restent localisés, leurs trajectoires étant circulaires. Seuls les électrons « de surface » peuvent se propager par « rebonds » successifs dans les états de bord d’un conducteur en forme de papillon (par effet Hall quantique).

Le choix des physiciens s’est porté sur le graphène car ce matériau possède la propriété exceptionnelle d’autoriser la modulation continue de la polarité et de la densité des porteurs de charges électriques. Une moitié du conducteur est recouverte d’une grille électrostatique à laquelle est appliquée une tension négative. Le graphène est ainsi dopé p sous la grille et n ailleurs. Les porteurs de charge (électrons et trous) peuvent alors se mélanger dans la partie la plus étroite du conducteur. Des mesures de bruit de grenaille (d’origine quantique) ont été effectuées sur une telle jonction p-n en régime Hall quantique. Pour une taille de resserrement inférieure à 5 microns, ces mesures sont cohérentes avec les prédictions théoriques associées à un comportement de lame séparatrice.


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