151 research outputs found
Oscillatory melting temperature of the vortex smectic phase in layered superconductors
No full textWe report on transport measurements of YBa 2Cu 3O 7- delta single crystals with different oxygen contents in the geometry B, J||ab (JperpB). Our data show that the vortices become confined between the Cu-O planes below a well-defined temperature at which the effective size 2 xi of the vortex core is approximately equal to the period of the Cu-O layers. This confinement strongly increases the vortex liquid freezing temperature. A new melting line is found separating a vortex liquid and a smectic phase, which shows an oscillatory field dependence reflecting differences between commensurate and incommensurate smectic states
Vortex phases in YBa2Cu3Oy (y=6.5) for B parallel to CuO: impact of regular and random pinning arrays
No full textUsing high angular resolution (up to 10-4 degree) resistive measurements we studied a YBa2Cu3O6.5 single crystal for the magnetic field (B<28 T) direction closely parallel (within the lock-in angle of 0.3°) to the crystal CuO-planes. Our data show that the vortices become confined between the CuO-planes below a well-defined temperature Tcf. Using a pseudo-flux transformer geometry for electrical transport measurements we demonstrate directly a smectic-like vortex movement for temperatures below TS. Our measurements reveal a rich phase diagram for magnetic field orientation BCuO, originating from the inter-play between pinning by the CuO-planes, point-like disorder from oxygen vacancies and temperature fluctuations. Commensurability between the inter-vortex distance and the CuO-layer period causes a pronounced oscillatory behaviour dominated by in-plane vortex movement.<br/
Mesoscopic transport in superconductor-graphene hybrid nanostructures
No full textCette thèse présente une étude des propriétés de transport à basse température d'échantillons de graphène exfolié. Une première série de mesures menée à une température de 4 Kelvins sur des échantillons contactés par des électrodes constituées d'une bicouche titane/or révèle les phénomènes d'effet Hall quantique et de fluctuations universelles de conductance. L'effet Hall présente une quantification demi-entière propre au graphène. Le caractère universel des fluctuations de conductance est confirmé par les mesures, et une réduction de la longueur de cohérence de phase est observée au point de Dirac. Une autre série d'échantillons, connectés par des électrodes en titane/aluminium, permet l'étude de l'effet de proximité supraconducteur dans le graphène. Ces mesures sont réalisées à des températures comprises entre 100mK et 1K. Dans un premier échantillon, elles font apparaitre le phénomène de réflexions d'Andreev multiples et un précurseur de l'effet Josephson, ainsi qu'une amplification des fluctuations universelles de conductance lorsque les électrodes sont dans l'état supraconducteur. Dans un second échantillon, la présence de localisation forte tend à diminuer l'amplitude des fluctuations universelles de conductance, entrant ainsi en compétition avec l'effet de proximité.This thesis presents a study of electronic transport in exfoliated graphene at low temperature. A first set of experiment at 4K on samples connected by titanium/gold electrodes exhibits Quantum Hall effect and universal conductance fluctuations. Quantum Hall effect shows a half-integer quantization specific of graphene. The universality of conductance fluctuations is checked experimentally and a decrease of electronic coherence length is observed near the Dirac point. A second series of samples connected by titanium/aluminium electrodes allows the study of superconducting proximity effect in graphene, at temperatures between 1K and 100mK. In a first sample, measurements exhibit multiple Andreev reflexions and indicate nearly established Josephson effect. An amplification of universal conductance fluctuations when electrodes are in the superconducting state is also observed. In a second sample, we observe strong localization, which tends to suppress conductance fluctuation, therefore entering in competition with proximity effect
Cryogenic electronics for quantum engineering
No full textDes milliers, voire des millions de signaux sensibles devront être acheminés à travers tous les étages de température d'un réfrigérateur à dilution pour faire fonctionner les futurs processeurs quantiques à grande échelle composés de nombreux bits quantiques (qubits). L'explosion du nombre de câbles coaxiaux thermo-conducteurs va submerger les capacités de refroidissement du réfrigérateur, au détriment du noyau quantique. Refroidir l’électronique de contrôle, aujourd’hui à températures ambiantes, à des températures cryogéniques pourrait permettre l’utilisation de câbles supraconducteurs, thermiquement isolant, et ouvrir la voie vers l’augmentation du nombre de qubits.Ces travaux de doctorat visent à explorer l'utilisation de la technologie CMOS FD-SOI 28nm à des températures cryogéniques pour des applications dans le calcul quantique. Notre premier objectif fut d'étendre les connaissances existantes sur les transistors FD-SOI 28 nm à des températures cryogéniques pour les aspects pratiques de la conception de circuits et plus tard pour le développement de modèles compactes.Pour accélérer la caractérisation de dispositifs CMOS, longue à cause de la durée inhérente des cycles de refroidissement, nous avons conçu un circuit intégré multiplexant un millier de transistors aux différentes géométries et empilements de grilles pour la mesure des caractéristiques courant-tension basses-fréquences et des disparités entre dispositifs identiques de 300 à 0.1K. Nous discutons et analysons le comportement en fonction de la température et de la géométrie des transistors en se concentrant sur des quantités importantes lors de la conception de circuits intégrés, telles que la transconductance, la conductance et le rapport de la transconductance sur courant de drain des transistors.Deuxièmement, nous explorons la co-intégration à basse température et l'intégration complète sur un même substrat silicium de dispositifs quantiques semi-conducteurs avec leur électronique classique visant à les mesurer jusqu’à des températures de l’ordre du millikelvin.Nous nous concentrons d'abord sur la mesure du courant à travers des puits quantiques en concevant et en caractérisant un amplificateur à transimpédance de faible puissance (TIA). L'amplificateur de fort gain permet de mesurer avec succès le courant à travers des dispositifs à un et deux puits quantiques, respectivement placés à quelques mm ou intégrés sur puce à quelques micromètres. Afin de tirer davantage parti de l'intégration sur le même substrat, nous avons connecté des oscillateurs commandés en tension dans la gamme GHz à l'une des portes du double puit quantique dans le but d'observer le pompage de charge discret au sein d’une unique puce.Finalement, nous avons abordé la mesure de la capacité de grille de dispositifs nanométriques en proposant un nouveau mode de mesure qui tire parti de l’électronique cryogénique et qui se substitue à la célèbre réflectométrie. En intégrant une source de courant commandée en tension et un amplificateur de tension opérant à des fréquences de l’ordre de 200 MHz à proximité immédiate du dispositif quantique et du résonateur, le circuit de lecture de la capacité de grille devient un circuit électronique discret sans ondes propagatrices, contrairement à la réflectométrie, pour une plus grande simplicité et meilleure compacité. Nous remplaçons même l'encombrante inductance passive utilisée en réflectométrie par une inductance active composée de transistors et de condensateurs, offrant une surface active réduite. Le circuit conçu mesure avec succès les variations de capacité de grille des transistors nanométriques à 4,2 K, ainsi révélant des effets quantiques oscillatoires dans la capacité de grille en fonction des tensions de grille.À la fin de cette thèse, une image est dépeinte concernant les futurs défis et obstacles liés à l'architecture et à la conception des circuits dans le but ultime d'entrer dans l'ère du calcul quantique à grande échelle.Thousands to millions of sensitive signals will need to be conveyed through all the temperature stages of a dilution fridge to operate future large-scale quantum processors made of many quantum bits. The exploding number of heat-conductive coaxial cables will overwhelm the fridge cooling capabilities, detrimental to the quantum core. Moving the control electronics down to cryogenic temperatures allows the use of already-available superconducting cables, alleviating heat conduction between low-temperature stages, and appears as a clear path towards scalability in the number of operating qubits.This Ph.D. work aimed to explore the use of the industrial CMOS 28nm Fully-Depleted Silicon-On-Insulator (FD-SOI) technology at cryogenic temperatures for quantum computing applications. Our first objective is to extend the sparse existing knowledge about the FD-SOI 28nm transistors at cryogenic temperatures for practical aspects of circuit design and later for developments of compact models.To speed-up the characterization of single devices with the inherent hour-long cooling cycles, we designed an integrated circuit multiplexing a thousand of transistors for different geometries and gate-stack flavors for low-frequency measurement of the current-voltage characteristics and pair-matching analysis from 300 down to 0.1K. We discuss and analyze the evolution trends with varying geometry at different temperatures for important quantities in circuit design, such as the transconductance, the conductance, and the transconductance over drain current ratio of individual transistors.Secondly, we explore the low-temperature co-integration and the full on-chip integration of semiconductor quantum devices with classical electronics aimed at specific measurements down to the millikelvin range.We first focus on the sub-nanoampere current measurement of quantum dot devices by designing and characterizing a low-power transimpedance amplifier (TIA). The high-gain amplifier is successfully applied to measure the current across single- and double quantum-dot devices, respectively wire-bonded a few mm away or on-chip integrated a few micrometers-away. To further leverage the integration into the same substrate, we connected GHz-range voltage-controlled oscillators to one of the gates of the double dot in an attempt to observe discrete charge pumping in a fully-integrated device.Lastly, we tackled the measurement of the gate capacitance of single quantum devices by proposing a new measurement scheme making use of the cryogenic electronics capabilities as an alternative to the well-known reflectometry. By integrating a voltage-controlled current excitation and a voltage-sensing amplifier in the 200 MHz range, both in close proximity to the quantum device connected to an LC tank, the read-out circuitry of a variation in the device capacitance becomes a purely lumped-element system with impedance measurement of the resonant circuit without any wave propagation like in reflectometry. This approach increases simplicity and compactness of the measurement set-up. We even replace the bulky passive inductor used in reflectometry by an active inductor made of transistors and capacitors, offering improved scalability with a 3-orders of magnitude lower area for the same inductance. The resulting circuit successfully measured aF-capacitance variations of nanometric transistors at 4.2K revealing oscillatory quantum effects in the gate capacitance as a function of the gate and back-gate voltages.At the end of this dissertation, a picture is given with the challenges laying ahead related to circuit architecture and design for the ultimate goal of entering into the era of large-scale quantum processing
Giant magnetoresistance by exchange springs in DyFe2/YFe2 superlattices
No full textMagnetization and magnetoresistance measurements are reported for antiferromagnetically coupled DyFe2/YFe2 multilayers in fields up to 23 T. It is demonstrated that the formation of short exchange springs ( ~20 Å) in the magnetically soft YFe2 layers results in a giant magnetoresistance as high as 32% in the spring region. It is shown that both the magnitude of the effect and its dependence on magnetic field are in good agreement with the theory of Levy and Zhang for domain wall induced giant magnetoresistance
Anisotropic magneto-resistance in an epitaxial (110)DyFe2 film: a meta-stable magnetic state at 100 K
No full textThe direction of easy magnetisation in molecular beam epitaxy grown (1 1 0) films of DyFe2 is known to change from [0 0 1] at low temperatures to close to at room temperature. In this paper we present compelling anisotropic magneto-resistance measurements for the presence of a meta-stable magnetic state aligned along the axis at 100 K.<br/
Giant magneto and anisotropic resistance in an epitaxial (110) DyFe2/YFe2 multilayer film
No full textAnisotropic and giant magneto-resistance (AMR and GMR) measurements for a molecular beam epitaxy grown (1 1 0) multilayer film [50 Å-DyFe2/50 Å-YFe2]×40 at 100 K are reported. The film possesses a bending field BBnot, vert, similar5 T and an irreversible switching field BISnot, vert, similar5 T. These features allow the study of both AMR, and GMR caused by the creation not only of longitudinal but also transverse magnetic exchange springs, in the magnetically soft YFe2 layers. Finally, rotation experiments in applied fields show that like DyFe2 films, there is a metastable state aligned along a Image axis at 100 K
Irreversibility line of overdoped Bi_(2+x)Sr_(2-(x+y))Cu_(1+y)O_(6±d) at ultralow temperatures and high magnetic fields
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Point-contact spectroscopy in metals
No full textContains fulltext :
mmubn000001_026622335.pdf (Publisher’s version ) (Open Access)Promotor : P. Wyder131 p
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