Introduction aux matériaux quantiques

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Français

LPEM-ESPCI, 10 rue vauquelin 75005 Paris

La recherche scientifique sur les nouveaux matériaux qui montrent un comportement macroscopique déterminé par la mécanique quantique est un domaine extrêmement actif, tant du point de vue fondamental qu'appliqué. Ces systèmes présentent des propriétés électroniques originales qui remettent en cause les paradigmes établis pour comprendre la matière. Ils ouvrent aussi la voie à de nouvelles applications capable de donner naissance à des révolutions technologiques dans de nombreux domaines (électronique, télécommunications, détecteurs etc.). La capacité de fabriquer et d'étudier de tels matériaux nécessite des outils expérimentaux et théoriques avancés. Cette semaine a pour objectifs d'introduire les concepts physiques de base et de présenter des méthodes expérimentales modernes permettant d'aborder et de façonner les matériaux quantiques. En particulier, trois jours de travaux pratiques sont proposés pour se familiariser avec quelques-unes des techniques expérimentales de pointe pour l'étude des propriétés quantiques de la matière électronique et la réalisation de nouvelles fonctionnalités issues de leur structuration à l'échelle nanométrique.

Jour 1 :
- Introduction sur les matériaux quantiques et les phénomènes associés.
- Comportement électronique dans les systèmes quantiques. ;
- Systèmes bidimensionnels et matériaux van der Waals. ;
- Gaz d'électrons bidimensionnels dans des puits quantiques de semi-conducteurs. ;

Jour 2 : ;
- Circuits quantiques supraconducteurs ;
-Techniques expérimentales pour les propriétés électroniques (Spectroscopie de photoémission résolue en angle, Microscopie/spectroscopie à effet tunnel, Transport électronique quantique) ;
-Introduction à l'ingénierie de la physique des nanoparticules multi-element.

Jour 3-5 :
Les étudiants seront divisés en quatre groupes et effectueront 3 des 4 TP proposés, à raison d'un TP par jour.
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TP1 : Synthèse du graphène par épitaxie par faisceau moléculaire et détermination de la structure électronique du graphène par spectroscopie de photoémission résolu en angle. ;

TP2 : Caractérisation d?un détecteur de photons uniques à base de nanofils supraconducteurs ultra-minces.

TP3 : Transport électronique quantique sur gaz d'électrons 2D dans des puits quantiques AlGaAs/GaAs (Effet Hall quantique et oscillations Shubnikov De Haas) ;

TP4 : Fabrication et caractérisation optique de nanoparticules coeur-coque, étude de leur structure électronique et de son lien avec la structure.

Oral

Niveau L3-M1 Connaissances de base en mécanique quantique. ;

VLAIC Sergio

Sergio Vlaic Nicolas Bergeal Thomas Pons Cheryl Feuillet-Palma