Rendre du graphène supraconducteur Ma thèse en plus de 180 secondes Alexandre Artaud Midi Minatec 23 octobre 2015
Comportement électronique
Comportement électronique 1 3 Supraconductivité Graphène 2 4
De l électron à la quasiparticule lectron : Quasiparticule : Objet simplificateur de problème
Quasiparticule électronique lectron : o q = e, o m e = 9,1.10 31 g Quasiparticule : o q = e, o et = f m? ω = f = f
La masse d une onde lectron : o q = e, o m e = 9,1.10 31 g Quasiparticule : o q = e, o et = f ω = f = f F Semi-conducteur = f Bande de conduction 2 = ħ2 2 2m Bande de valence m = m
De l individuel au collectif lectron individuel onde électronique Propriétés intrinsèques collectives C Graphène
Du carbone au graphène C : 1s 2 2s 2 2p 2 C sp 2 : 1s 2 sp 2 3 2p z 1 Hybridation sp²
Du carbone au graphène 2p z C : 1s 2 2s 2 2p 2 C sp 2 : 1s 2 sp 2 3 2p z 1 Liaison π C A C B C gr : 1s 2 σ 3 π 1 Liaison σ
Quasiparticules du graphène 2p z π 1 carbone = 1 2p z électron individuel Combinaison linéaire quasiparticule avec = f Pas de m usuel F = f Bande de conduction ħ2 2 2m Bande de valence Wallace P.R., Phys Rev, 71,622 (1947)
Qu y a-t-il de spécial? Quasiparticules avec = f : F o lectrons et trous différents et massifs 2 m e m h F o lectrons et trous identiques et sans masse ω ω = c Similaire à la lumière Semi-conducteur Graphène
Propriétés-clef Dispersion linéaire : F e ARPS graphène (10 couches) Sprinle M. et al., PRL, 103, 226803 (2009)
Propriétés-clef Dispersion linéaire : Ambivalence électron-trou : F xfoliated graphene/sio 2 F ARPS graphène (10 couches) Sprinle M. et al., PRL, 103, 226803 (2009) Novoselov K.S., Nature, 438, 197-200 (2005)
Propriétés-clef Dispersion linéaire : Ambivalence électron-trou : F xfoliated graphene/sio 2 F ARPS graphène (10 couches) Sprinle M. et al., PRL, 103, 226803 (2009) Novoselov K.S., Nature, 438, 197-200 (2005)
Propriétés-clef Dispersion linéaire : Ambivalence électron-trou : F xfoliated graphene/sio 2 F ARPS graphène (10 couches) Sprinle M. et al., PRL, 103, 226803 (2009) Novoselov K.S., Nature, 438, 197-200 (2005)
Propriétés-clef Dispersion linéaire : Ambivalence électron-trou : xfoliated graphene/sio 2 μ = 15000 cm 2.V 1.s 1 Mobilité élevée : v d = μ μ Novoselov K.S., Nature, 438, 197-200 (2005)
Propriétés-clef Dispersion linéaire : Ambivalence électron-trou : Suspended graphene: μ > 10 6 cm 2.V 1.s 1 Mobilité élevée : v d = μ Gaz bidimensionnel d électrons/trous Transport quasi-balistique e 2010 e Transport diffusif Mayorov A.S., Nano Lett, 12, 4629-4634 (2012) Transport quasi-balistique
Comportement électronique 1 3 Supraconductivité Graphène 2
Supraconductivité e Transport diffusif Collisions : Impuretés, défauts lectrons Vibrations R Ω T K
Supraconductivité e R Ω 1913 Collisions : Impuretés, défauts lectrons Vibrations R Ω T c Transport diffusif Hg : T c = 4.19 K T K Autre comportement T K Onnes H.K., Commun. Phys. Lab. Univ. Leiden. Suppl., 29 (1911)
Nouvelle quasiparticule F Métal F F DOS
Nouvelle quasiparticule F Métal F Attraction e-e F 2Δ DOS < F Δ et > F + Δ : quasiparticules F Δ < < F + Δ : paires de Cooper
Paire de Cooper
Paire de Cooper 1972 Fermion xclusion de Pauli Quasiparticule électronique F etc. 3 1 2 Collisions
Paire de Cooper 1972 Fermion xclusion de Pauli F Attraction e-e Boson Condensation de Bose-instein F 1 seul état DOS
Paire de Cooper 1972 Fermion xclusion de Pauli F Attraction e-e Boson Condensation de Bose-instein F 1 seul état 1 collision = 2Δ DOS
Comportement électronique Supraconductivité Graphène
Du graphène supraconducteur? F DOS ffet de proximité supraconducteur F DOS
Spectroscopie tunnel = ev V I I DOS pointe DOS S V
Spectroscopie tunnel = ev V I I DOS pointe DOS S V
Spectroscopie tunnel = ev V I I DOS pointe DOS S V
Spectroscopie tunnel = ev V I I DOS pointe DOS S V
Spectroscopie tunnel = ev V I I DOS pointe DOS S V
Spectroscopie tunnel = ev V I I DOS pointe DOS S V
Spectroscopie tunnel = ev V I DOS pointe DOS S Sonde locale de la densité d états électroniques I V di dv V
Spectroscopie tunnel = ev V I Sonde locale de la densité d états électroniques DOS pointe I V gr/re DOS S Tonnoir C. et al., PRL, 111, 246805 (2013)
Conclusion et perspectives Particule élémentaire Quasiparticule Graphène : Dispersion linéaire, Ambivalence électron-trou, Transport quasi-balistique Supraconductivité : Paires de Cooper F F DOS
Merci pour votre attention