Hacia experimentos de transporte cuántico en Bariloche

Transcripción

1 Hacia experimentos de transporte cuántico en Bariloche Leandro Tosi Laboratorio de Bajas Temperaturas e Instituto Balseiro, Centro Atómico Bariloche XV Encuentro NANO Rosario 2015

2 Mundo meso Mundo microscópico Mundo macroscópico (complejidad) número de átomos

3 Mundo meso Mundo microscópico Mundo macroscópico (complejidad) número de átomos Cantidad de cuantos Mecánica cuántica Mecánica clásica J.s por grado de libertad kt B

4 Mundo meso Mundo microscópico Mundo macroscópico (complejidad) número de átomos Cantidad de cuantos Mecánica cuántica Dominio mesoscópico por grado de libertad Mecánica clásica kt B k T B 10mK 1 ns Bajas temperaturas / altas frecuencias

5 Mundo meso : cuestión de escala L

6 Mundo meso : cuestión de escala L Camino libremedio elástico

7 Mundo meso : cuestión de escala L Camino libremedio elástico Camino libremedio inelástico

8 Mundo meso : cuestión de escala L Camino libremedio elástico Camino libremedio inelástico e if Longitud de coherencia

9 Mundo meso : cuestión de escala L Camino libremedio elástico Camino libremedio inelástico e if Longitud de coherencia l Longitud de onda

10 Mundo meso : cuestión de escala Camino libre-medio en el régimen de Hall cuántico L Camino libremedio elástico Camino libre-medio / longitud de relajación de fase en semiconductores de alta mobilidad a T<4K Camino libremedio inelástico e if l Longitud de coherencia Longitud de onda Dispositivos semiconductores comerciales (1990) Longitud de onda de de Broglie en semiconductores. Camino libre-medio en films metálicos policristalinos Longitud de onda de de Broglie en metales. Distancia entre átomos.

11 a) Disminuir el tamaño Heteroestructuras (2D): Nanohilos (1D): Pozos y puntos cuánticos (0D):

12 a) Disminuir el tamaño Heteroestructuras (2D): Nanohilos (1D): Pozos y puntos cuánticos (0D): Micro y Nano fabricación - Litografía : NanoEdificio SALA LIMPIA Litografía electrónica Litografía óptica

13 b) Bajar la temperatura T base =50mK Aumenta la mobilidad / camino libre-medio Aumenta la long. de coherencia Disminuye la cantidad de cuantos en cada nivel (espaciamiento de niveles mayor que kt) Crióstato de dilución de 3He/4He Leiden MCK50

14 b) Bajar la temperatura T base =50mK Aumenta la mobilidad / camino libre-medio Aumenta la long. de coherencia Disminuye la cantidad de cuantos en cada nivel (espaciamiento de niveles mayor que kt) c) Aplicar campo magnético H T base =50 mk y H=16 T Crióstato de dilución de 3He/4He Leiden MCK50 Aumenta la long. de coherencia Induce cuantización de Landau Imán Superconductor Oxford 18T

15 Gases bidimensionales de electrones (2DEG) n : densidad : mobilidad Gas bidimensional de electrones Patio de juegos de la física mesoscópica

16 Gases bidimensionales de electrones (2DEG) n : densidad : mobilidad Gas bidimensional de electrones Patio de juegos de la física mesoscópica Los electrones ocupan el estado fundamental

17 2DEG: Una buena plataforma

18 2DEG: Una buena plataforma Contacto óhmico con el gas

19 2DEG: Una buena plataforma Contacto óhmico con el gas Definir muestra litografía y comido químico

20 2DEG: Una buena plataforma Contacto óhmico con el gas Definir muestra litografía y comido químico L

21

22 Contacto óhmico con el gas

23 Definir muestra litografía y comido químico Contacto óhmico con el gas

24 Contacto óhmico con el gas Definir muestra litografía y comido químico W=20 m L=95 m

25 Caracterizando el gas B I V H V L

26 Caracterizando el gas B I V H V L

27 Caracterizando el gas B I V H V L T = 84 K

28 Caracterizando el gas B I V H V L T = 84 K L W 84K 811 ne R L 1 H I R H 84K ne ne n cm cm ( 84K) Vs V T

29 De clásico a cuántico con una perilla / T=11K

30 De clásico a cuántico con una perilla / T=11K 12.9k 6.45k

31 De clásico a cuántico con una perilla / T=11K

32 De clásico a cuántico con una perilla / T=11K

33 Un electrón en un campo magnético B C e B * m

34 Un electrón en un campo magnético B Radio de ciclotrón r C v / C * m v e B C e B * m

35 Un electrón en un campo magnético B Radio de ciclotrón r C v / C * m v e B C e B * m Cuantización del perímetro * m v 2 2 2r C nl 2 n n * e B k m v 1 * 2 C 2 m v n 2

36 Un electrón en un campo magnético B Radio de ciclotrón r C v / C * m v e B C e B * m Cuantización del perímetro * m v 2 2 2r C nl 2 n n * e B k m v 1 * 2 C 2 m v n 2 Haciendo bien las cuentas 1 E nc 2 1 ikx ( x, y) e n( y yk ) L x E Niveles de Landau E F C k, y k

37 Estados de borde E E F C k, y k

38 Estados de borde E muestra E F C E k, y k y k

39 Estados de borde E muestra E F C E k, y k y k Estados de borde V (y) E( n, k) y k y k

40 Estados de borde E muestra E F C E k, y k y k Estados de borde V (y) E( n, k) y k y k

41 Efecto Hall cuántico

42 Efecto Hall cuántico

43 Efecto Hall cuántico L E R I N e h L R k

44 Efecto Hall cuántico E R k L R L h e N I N e h h e N e I V R R L R L H H 1 / 2 Constante de Von Klitzing k e h

45 De clásico a cuántico con una perilla / T=1.78K

46 De clásico a cuántico con una perilla / T=1.78K

47 De clásico a cuántico con una perilla / T=1.78K h 2 e h 2 2e h 2 3e

48 De clásico a cuántico con una perilla / T=1.78K

49 De clásico a cuántico con una perilla / T=1.45K

50 De clásico a cuántico con una perilla / T=35mK

51 De clásico a cuántico con una perilla / T=35mK

52 Team work Grupo de Teoría del Sólido: Armando Aligia Carlos Balseiro Gonzalo Usaj Laboratorio de Bajas Temperaturas Hernán Pastoriza Manuel Gonzalez Sergio Encina Pablo Pedrazzini Técnicos: Pablo Cárdenas, Santiago Hansen, Gerardo Burmeister y Rodolfo Fuentes LPN (Francia) Ulf Geneser (Francia)

53 Muchas gracias! Smaller and smaller Escher (1956)

54 Medición Hall Campos Bajos

55 2DEG:Una buena plataforma Desde los años 80 Voltajes de depleteo Cuantización de la conductancia

56 2DEG características

57 Duruoz(1996)-Marcus Group Stewart(1999)

58 Antes desafío experimental Contacto óhmico = Recetas misteriosas!

59 Fab! 1 lito electrónica contactos óhmicos 2 deposito Ni (10nm) + Ge (60nm) + Au (120nm) Evaporadora con tres navetas (Manuel, Mariano, Julio y Hernán) Au y Ge en las proporciones del eutéctico bajo punto de fusión 370 grados. Ge para dopar Ni por la adherencia.

60 n S h/2e n S cm /H [1/T]

61 Fabricar un QPC Ahora

62 Gases bidimensionales de electrones (2DEG) 2 n L x Ondas planas Electrones libres Masa efectiva ( x, 1 2 H p x p y 2m m m e 1 ikx xk y y y) e L L 2 Vector de onda kx x 2 2 Energía E k * x k y n * 2 x ny 2m 2m L L k y x y x y 2 k F lf 56nm k x v F cm / s g(e) m* 2 E F Densidad de estados constante E