Une source cohérente d’électrons uniques

1er octobre 2007

Le courant électrique qui circule dans les dispositifs électroniques actuels résulte du mouvement de plusieurs dizaines de milliers de charges. Poursuivre la miniaturisation jusqu’à manipuler les électrons individuellement permettrait d’accéder à de nouveaux régimes de fonctionnement pour lesquelles la mécanique quantique joue un rôle essentiel. Les perspectives sont la réalisation de dispositifs électroniques permettant de manipuler l’information quantique (cryptographie quantique, ordinateur quantique, …).

Dans cette perspective, le Groupe de Physique Mésoscopique du Laboratoire Pierre Aigrain vient de mettre au point la première source d’électrons uniques contrôlée en temps sur des échelles de temps nanoseconde permettant d’effectuer des manipulations cohérentes dans un conducteur balistique. Pour obtenir ce résultat, publié dans la revue Science du 25 Mai 2007, l’équipe a utilisé une boîte quantique, couplée au conducteur quantique via un contact étroit faisant office de barrière tunnel de transmission contrôlée. Les échantillons sont réalisés avec la collaboration du Laboratoire de Photonique et Nanostructures du CNRS-Marcoussis. En faisant varier le potentiel de la boîte quantique, il est possible de contrôler la quantité de charges transférée dans le circuit. Des mesures du courant mono-électronique dans les domaines temporel et fréquentiel ont mis en évidence l’injection contrôlée d’électrons uniques et ont permis la mesure du temps de sortie sur deux ordres de grandeur, de 0.1 à 10ns. L’utilisation de cette source, ou la combinaison de plusieurs sources synchronisées, laisse envisager de nouveaux types d’expériences quantiques avec des électrons, analogues à celles réalisées avec des photons.

: Vue d’artiste de la source d’électrons uniques. © David Darson / LPA-ENS, 2007

En savoir plus

An On-Demand Coherent Single-Electron Source, G. Fève et al, Science, 316, 1169, (2007)

S. Giblin, Perspectives, Science, 316, 1130, (2007)

Les auteurs

Gwendal Fève (Maitre de conférences), Adrien Mahé (Doctorant), Jean-Marc Berroir (Professeur des Université), Takis Kontos (Chargé de recherche CNRS), Bernard Plaçais (Directeur de recherche CNRS), Christian Glattli (Chercheur CEA), Antonella Cavanna (Ingénieur de recherche, UPR 20, CNRS), Bernard Etienne (Directeur de recherche, UPR 20, CNRS), Y. Jin (Directeur de recherche, UPR 20,CNRS)