Francesca Chiodi - Université Paris Sud

Francesca Chiodi
Maître de conférences sur le poste BQR
“Silicium supraconducteur : vers une électronique cryogénique”
dans le “Groupe dopage laser et silicium supra”
de Dominique Débarre
Institut d'Electronique Fondamentale
Al
Nb
300 nm
Etudes
Bologna (2001-2004)
Alma Mater Studiorum
Collegio Superiore di Bologna
Paris (2004-2007)
Ecole Normale Supérieure
Sélection Internationale
Master de Physique
des Solides
Recherche
Thèse (2006-2010)
Laboratoire de Physique des
Solides, Paris-Sud
Dynamique des
jonctions Josephson
Supraconducteur/Métal Normal
Post-Doc (2010-2011)
Department of Materials
Science, Cambridge
Interaction entre
supraconductivité
et magnétisme
La découverte de la supra
R (Ω)
R=0!!!
T (K)
1911
Kamerlingh Onnes
découvre la
supraconductivité du
mercure
2011
Année de la supra
14 prix Nobel depuis 1911!
A une
température
plus basse que
4.2K (-269°C),
la resistance du
mercure est
nulle!
Pas d'effet Joule
Pas de dissipation
Supercourant
non-dissipatif
Supraconductivité induite par proximité:
supraconducteur + métal normal
Paires de Cooper:
état quantique macroscopique
S
e
N
i 1
S
e
i 2
D= L2 / D
Pénétration de corrélations supraconductrices (sur L ~ 1 μm)
Dépendance de la différence de phase!
I s=i c sin 2−1 
Ce n'est pas un métal mais ce n'est pas un supraconducteur!
Jusqu'à quelle vitesse le supercourant
suit l'excitation?
S
N
S
φ1
τD
φ2
1
Temps de diffusion τD: temps de
propagation des paires dans le
métal normal
Courant critique (μA)
f=39 GHz
i n
2
Temps inélastique τin:
distribution d'énergie à l'équilibre
f
τD-1
f=3 GHz
χ= ∂I/∂Φ (μA/Φ0)
D
Excitation
plus rapide
que 1/τin
Réponse à
l'équilibre
Puissance microondes (dBm)
F. Chiodi et al., PRL 103, 177002 (2009)
F. Chiodi et al., Sci. Rep. 1, 3 [Nature] (2011)
Supraconductivité triplet:
supraconducteur + ferromagnétique
Ferro
S
S
M(x)
Pénétration de paires singulet ~ nm
Pénétration de paires triplet ~ μm
Holmium
T<20 K
Nb/Ho/Py/Ho/Nb
λ=3.4nm
M
Nb/Py/Nb
Silicium dopé bore supraconducteur!
supraconducteur + semiconducteur
Silicium: élément le plus abondant après l'oxygène
base de l'électronique à base de semiconducteurs
applications photovoltaïques – panneaux solaires
source
Vsd
S
sc
S
drain
Vg
gate
JoFET: Transistor supraconducteur!
Interfaces transparentes
● Electronique en Si non dissipative pour applications à basse T
● Basse densité de porteurs:
effet de grille !
● Temperature critique basse Tc ~ 0.5 K
●
Detecteurs astrophysiques et
électronique non dissipative
Si:B ultradopé par laser
Seulement à l'IEF, Orsay!
Membrane suspendue
(Institut Néel, Grenoble)
BCl3
Photon IR
chimisorption
I
R
Si (100)
masque
Cycles laser
de 25ns
Tc T
I
V
20-100 nm
fusion et
diffusion
S
Si (100)
concentration
uniforme en
bore (1-10%)
sc
S
Electronique non
dissipative on-chip
Si fortement dopé en B: supraconductivité!
BCl3
B (%)
chimisorption
Si (100)
masque
SIMS
Cycles laser
de 25ns
t (Å)
20-100 nm
Tc (K)
fusion et
diffusion
Si (100)
concentration
en B
uniforme
GILD
B implanted Si
B (%)
Comment?
Paires de Cooper: paires d'électrons de spin opposé
Interaction attractive mediée par les phonons (BCS)
Condensation des paires de Cooper (bosons) à
basse température:
état quantique macroscopique
décrit par une unique fonction d'onde
e
i
Rôle des contraintes
80 nm
Relaxation
partielle des
contraintes
B (%)
C. Marcenat et al., PRB 81, 020501R (2010)
B (%)
Création de structures à
relaxation contrôlée et étude
de la Tc
T. Sarnet et al. Appl. Surf. Science 247, 537 (2005)
JoFET: transistor Josephson
sc
S
Vsd
S
Interfaces transparentes
● Electronique en Si
non dissipative pour
applications à basse T
● Basse densité de porteurs:
effet de grille!
●
Vg
Bolomètres IR sensibles au photon unique
Photon unique THz
miroirs
S
S'
S
R
T
Différent temps d'irradiation pour varier Tc
● Vitesse de 'reset' contrôlée par le temps
inélastique – compréhension des
mécanismes de relaxation de l'énergie
● Applications spatiales (l'atmosphère
absorbe les photons THz)
●
Supraconductivité
et optique
Propriétés optiques améliorées par
la cohérence supra?
Nb
n InGaAs
p InP
Traitement laser
Films minces métalliques
par dopage laser
Contact ohmique
Ge dopé n / métal :
pas de barrière Schottky!
Projet Européen Cesar
Introduction d'atomes
magnétiques par recuit laser
H. Sasakura et al., PRL 107, 157403 (2011)
Electroluminescence augmentée
quand T<Tc !
ANR JCJC 2012 déposée
Enseignement et vulgarisation
2007-2010
Allocataire Moniteur
Université Paris XI, Orsay
• TD d’Ondes Electromagnétiques
• TD de Physique
Polytech (IFIPS)
Médecine
2006-2011
Vulgarisation
• Séminaires sur la supraconductivité
(Collèges, Lycées et Classes Prépa)
• Fête de la Science
• Faites de la Science
• Paris Montagne
• Science Festival (Cambridge)
2011-2012
MCF
Université Paris XI, Orsay
• TD d'Electromagnétisme
• TP Nano
• TP Fabry Perot
• TD de Physique
• TP Zeeman
L3 et M1 IST
L3 Magistère de Physique
Médecine
L3 Etudiants double diplôme