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Joseph Weston

Méthodes numériques pour la nanoélectronique quantique résolue en temps

Publié le 26 septembre 2016


Thèse soutenue le 26 septembre 2016 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique théorique

Résumé :
De récents progrès dans la nanoélectronique quantique ont donné lieu à de nouvelles expériences avec des sources cohérentes d'électrons unique. Lorsqu'un dispositif électronique quantique est manipulé sur une échelle de temps plus courte que le temps de vol caractéristique d'un électron à travers le dispositif, toute une gamme de possibilités qui sont conceptuellement nouvelles deviennent possible. Pour traiter de telles situations physiques, des avancées correspondantes sont nécessaires dans les techniques de simulation, pour aider à comprendre, ainsi qu'à concevoir, la prochaine génération d'expériences dans ce domaine. Les techniques les plus avancées pour simuler ce genre de physique nécessitent un temps de calcul qui croît linéairement avec la taille du système, mais de manière quadratique avec la durée simulée. Ceci est particulièrement problématique pour les cas où un électron reste dans le dispositif pendant une durée beaucoup plus longue que le temps de vol balistique. Dans cette thèse on propose d'améliorer un algorithme existant, basé sur des fonctions d'onde, pour traiter le transport quantique résolu en temps dont le temps de calcul croît linéairement avec la taille du système ainsi que la durée simulée. Par la suite on exploite cet algorithme pour étudier plusieurs systèmes physiques intéressants. En particulier on trouve que l'application d'un train d'impulsions de tension à un interféromètre à électrons peut stabiliser la modification dynamique du schéma d'interférence. On exploite cet effet pour faire de la spectroscopie d'états d'Andreev et de Majorana existant dans des structure hybrides supraconducteur-nanofil. Les algorithmes numériques sont implémentés en tant qu'extension du logiciel de transport quantique Kwant. Cette implémentation est utilisée pour tous les résultats numériques présentés dans la thèse, ainsi que d'autres projets de recherche couvrants une grande gamme de physique : effet Hall quantique, isolants topologiques de Floquet, interféromètres de type Fabry-Pérot, et jonctions supraconductrices.

Jury :
Président : M. Valerio Olevano
Rapporteur : M. Michael Wimmer
Rapporteur : M. David Carpentier
Examinatrice : Mme Julia Meyer
Examinateur : M. Hugues Pothier
Directeur de thèse : M. Xavier Waintal

Mots clés :
Simulation, Transport Quantique, Résolu en Temps

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