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Alexander Grimm

Photonique Josephson : statistique des photons émis par effet tunnel inélastique de paires de Cooper

Publié le 2 octobre 2015


Thèse soutenue le 02 octobre 2015 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Physique

Résumé :
Ce travail de thèse apporte une contribution au domaine émergent de la photonique de Josephson en étudiant des corrélations entre photons émis par effet tunnel inélastique à travers une jonction Josephson soumise à une différence de potentiel électrique. Nous démontrons la possibilité de modifier fortement la statistique de ces photons en incorporant la jonction dans un environnement électromagnétique soigneusement conçu. Dans ce contexte, nous avons élaboré et mesuré une source de rayonnement micro-onde de forte intensité, capable d'émettre des photons dont les statistiques dites « de groupement » et « de dégroupement » ne dépendent que d'un seul paramètre modifiable in situ. Afin de réaliser cette expérience, nous avons mis en place un montage de type Hanbury-Brown & Twiss pour mesurer les corrélations entre photons à l'aide d'amplificateurs linéaires dans un cryostat à dilution. De plus, nous avons conçu des circuits micro-onde où la jonction est exposée à des impédances dépendant spécifiquement de la fréquence. Pour réaliser ces dispositifs, nous avons développé un procédé de nano-fabrication de jonctions Josephson verticales à base de nitrure de niobium utilisant de l'oxyde de magnésium comme barrière tunnel. Enfin, en vue d'une meilleure compréhension de nos échantillons, nous avons contribué aux avancées théoriques liées à l'extension de la théorie dite P(E) de l'effet tunnel inélastique de paires de Cooper, dans le but de décrire les corrélations entre événements tunnel. Ces résultats ouvrent la voie, non seulement à une évolution de ces sources de lumière vers le domaine fréquentiel du THz, mais aussi à l'élaboration d'autres dispositifs basés sur la même physique, tels que des détecteurs et des amplificateurs proches de la limite quantique.

Jury :
Président : Dr Jean-Michel Gérard
Rapporteur : Prof. Dr. Joachim Ankerhold
Rapporteur : Prof. Dr. Andreas Wallraff
Examinateur : Prof. Gerhard Kirchmair
Directeur de thèse : Dr Olivier Buisson
Encadrant de thèse : Dr Max Hofheinz

Mots clés :
Nano-Électronique quantique, Circuit QED, Photonique Josephson, Optique quantique microonde, Circuits supraconducteurs

Thèse en ligne.