Résumé de la thèse

Les travaux ont été effectués sur l’étude de l’effet Hall quantique dans le graphène dans le cadre d’un projet de recherche en métrologie sur la réalisation d’étalons quantiques de résistance électrique.

L’effet Hall quantique (EHQ) apparaissant dans des gaz bi-dimensionnels d’électrons placés à basse température et sous fort champ magnétique a révolutionné la métrologie des résistances depuis sa découverte en 1980 par Klaus von Klitzing. Cet effet apporte une représentation de l’ohm uniquement fondé sur la constante de Planck et la charge de l’électron. Néanmoins sa mise en pratique dans des hétérostructures semi-conductrices requiert des conditions d’utilisation contraignantes, telles que le champ magnétique, la température et le courant électrique (B = 10 T, = 1,4 K et = 40 µA), nécessitant l’utilisation de systèmes cryomagnétiques couteux et d’une instrumentation de mesure particulière. Le graphène, par les phénomènes physiques particuliers apparaissant dans ce matériau, peut théoriquement mener à un étalon de résistance fonctionnant dans des conditions moins contraignantes, ouvrant la porte à une dissémination accrue de l’ohm.

Les travaux ont permis de traiter tout d’abord de l’impact particulier sur la quantification de la résistance de Hall des défauts linéaires, omniprésents dans le graphène crû par dépôt chimique en phase vapeur sur métal. Puis l’étude a été dédiée au graphène crû par dépôt chimique en phase vapeur sur carbure de silicium. L’équipe de recherche a pu montrer que la résistance de Hall dans ce matériau était quantifiée avec une incertitude relative de l’ordre de 10–9 dans des conditions de température et de champ magnétique bien plus avantageuses que celles d’un étalon semi-conducteur. Une étude des processus de dissipation apparaissant dans le graphène permet également de soulever des questions intéressantes sur le lien entre le type de désordre et la quantification de la résistance de Hall dans ce matériau.

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