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Rémi Avriller

Contribution à la modélisation théorique et à l'étude du transport quantique dans les dispositifs à base de nanotubes de carbone

Publié le 25 septembre 2008
Thèse soutenue le 25 septembre 2008 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Joseph Fourier de Grenoble

Résumé :
Les nanotubes de carbone sont des structures tubulaires obtenues en enroulant une feuille de graphène sur elle-même. La manière d'effectuer cette enroulement détermine la chiralité du tube, ainsi que l'ensemble de ses propriétés électroniques et vibrationnelles. Du fait de la nature ondulatoire de l'électron et de la faible dimensionnalité des nanotubes de carbone, cette structure de bandes est fortement modulée par l'application d'un champ magnétique externe. La présence d'un potentiel de désordre (rupture de l'invariance par translation) ou l'excitation d'un mécanisme d'interaction entre électrons et modes phonons optiques ont aussi des conséquences importantes sur cette structure électronique. L'objectif de cette thèse est de s'intéresser aux propriétés de transport quantique des nanotubes de carbone, propriétés déterminées par la compétition entre interférences quantiques, structure de bandes et mécanismes d'interaction. Pour ce faire, une étude détaillée des nanotubes de carbone désordonnés, dopés à l'azote ou au bore sera menée, étude permettant de modéliser de manière fine le hamiltonien de désordre ainsi que de sonder les lois d'échelles de la conductance. La présence d'un champ magnétique statique et uniforme sera considérée, ainsi que ses conséquences sur les régimes de transport à faible tension de polarisation (formation d'un niveau de Landau et oscillation Aharonov-Bohm). Finalement, nous nous intéresserons au rôle des collisions inélastiques entre électrons et phonons optiques de haute symétrie, sur les propriétés de transport quantique (rôle privilégié lorsque la tension de polarisation franchit un seuil d'excitation inélastique). Du fait de la faible dimensionnalité, l'approximation adiabatique n'est plus valide, et un traitement cohérent dans l'espace de Fock électron-phonon doit être mené. Pour chacune de ces études, un modèle hamiltonien effectif est construit et le problème du transport quantique résolu analytiquement ou numériquement.

Jury :
Rapporteur : Thierry Martin
Rapporteur : Nicolas Lorente
Examinateur : Bertrand Raquet
Examinateur : Xavier Blase
Examinateur : Frank Hekking
Directeur de thèse : Stephan Roche

Mots clés :
champs magnétiques intenses, Nanotubes de carbone, systèmes désordonnés de basse dimension, physique mésoscopique, transport électronique cohérent, transport inélastique, interaction électron-phonon, champs magnétiques intenses

Thèse en ligne.