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Ribeiro, Rebeca. Magnéto-transport dans les nanorubans de graphène

Ribeiro, Rebeca (2013). Magnéto-transport dans les nanorubans de graphène.

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Résumé en francais

Dans ce travail de thèse, nous étudions les propriétés de transport électronique des nanorubans de graphène sous champs magnétiques intenses (jusqu'à 55 T) pour révéler les effets de confinements électroniques dans la structure de bande de graphène. Les nanorubans de graphène (GNRs) sont des matériaux prometteurs pour la nanoélectronique à base de carbone, qu'il s'agisse d'interconnection ou bien de dispositifs actifs pour l'electronique logique ou radiofréquence. Lorsque graphène est structurée à une échelle nanométrique, avec un contrôle précis de la symétrie des bords, il est possible d'ouvrir un gap d'énergie dans la structure de bande et de moduler le nombre de canaux de conductance par un couplage électrostatique local. Malheureusement, une telle ingénierie du gap s'accompagne d'un contrôle delicat de la qualité des bords et, par conséquence, d'une baisse drastique de la mobilité électronique. La plupart des effets du confinement sur la structure électronique sont alors masqués par la présence de désordre. La preuve expérimentale de la structure de bande électronique intrinsèque des GNRs reste un veritable challenge. Ici, nous démontrons que sous l'effet d'un grand confinement magnétique et ceux, malgré la présence de désordre, nous révélons des spectres Landau anormals, signatures du confinement électronique dans les GNRs. Les expériences de magnéto-transport sont principalement realiséess en GNRs monocouches sur Si/SiO2, conçus par lithographie électronique et gravure ionique réactive, avec des largeurs nominales comprises entre 55 et 100 nm. La mobilité des porteurs varie de 600 à 3500 cm2 V-1 s-1. Pour les plus larges GNRs (~100 nm), présentant un régime faiblement diffusive, nous apportons la preuve, à forts niveaux de dopage, des anomalies dans les oscillations Shubnikov-de Haas, due au confinement électronique. A niveau de dopage plus faible, nous observons une quantification de la conductance en regime de Landau, avec des facteurs de remplissage attendus pour le graphène. Pour les GNRs les plus étroits, de nouvelles oscillations quantiques se développent dans le régime de Landau. Ce spectre singulier, directement comparé aux calculs des sous-bandes magnéto-électriques, est attribué à une levée de dégénérescence de vallée induite par le confinement en présence d'une symétrie de type armchair sur les bords Nous présentons egalement des résultats de transport electronique sous champs magnétiques intenses obtenus sur des nanorubans de graphène bicouche et nous les comparons au magnéto-transport realisé sur des bicouches graphène non structurées. La comparaison revéle de nouvelles magnéto-signatures dans les GNRs bicouche, provenant des effets de confinement électroniques. Comme partie complémentaire, nous étudions enfin la cohérence de phase dans les GNRs; celle-ci se manifeste par des fluctuations de conductance induites par un champ magnétique ou une tension de grille appliquée à l'échantillon. Nous nous concentrons principalement sur les fluctuations de conductance dans le régime hors équilibre. L'analyse des amplitudes et de la tension de corrélation donne accés à la longueur de cohérence de phase et met en evidence le role preponderant des interactions électron-électron comme mécanisme responsable de la décohérence. Finalement, nous étudions la réponse du graphène à un rayonnement THz. Les expériences montrent une corrélation forte entre la photo-réponse et le second harmonique des fluctuations de conductance. Ceci ouvre une nouvelle possibilité d'étudie des effets mésoscopiques non linéaires utilisant des rayonnements THz.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Broto, Jean-Marc
Raquet, Bertrand
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI), UPR 3228
Mots-clés libres :Nanorubans de graphène - Magnéto-transport - Champs magnétique intenses - Niveaux de Landau - Fluctuations de conductance
Sujets :Physique
Déposé le :30 Jun 2014 10:28