Francesca ChiodiMaître 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

300 nm

NbAl

Etudes

Bologna (2001-2004)Alma Mater Studiorum

Collegio Superiore di Bologna

Paris (2004-2007)Ecole Normale SupérieureSélection Internationale

Master de Physiquedes Solides

RechercheThèse (2006-2010)

Laboratoire de Physique des Solides, Paris-SudDynamique des

jonctions JosephsonSupraconducteur/Métal Normal

Post-Doc (2010-2011)Department of Materials

Science, CambridgeInteraction entre supraconductivité

et magnétisme

La découverte de la supra

1911Kamerlingh Onnes

découvre la supraconductivité du

mercure

R=0!!!A une température plus basse que 4.2K (-269°C), la resistance du mercure est nulle!

Supercourant non-dissipatif

Pas d'effet JoulePas de dissipation

T (K)

R (Ω)

2011Année de la supra

14 prix Nobel depuis 1911!

Supraconductivité induite par proximité:supraconducteur + métal normal

S N S

ei1

Pénétration de corrélations supraconductrices (sur L ~ 1 μm)

Ce n'est pas un métal mais ce n'est pas un supraconducteur!

ei2

I s=ic sin 2−1

Dépendance de la différence de phase!

D=L2/D

Paires de Cooper:état quantique macroscopique

Jusqu'à quelle vitesse le supercourant suit l'excitation?

Temps inélastique τin: distribution d'énergie à l'équilibre

1

2

φ1 φ2τD

Temps de diffusion τD: temps de propagation des paires dans le

métal normal

Réponse à l'équilibre

Excitation plus rapide que 1/τin

F. Chiodi et al., Sci. Rep. 1, 3 [Nature] (2011)

f=3 GHz

f=39 GHz f

τD-1

Cou

rant

crit

ique

(μA

)

F. Chiodi et al., PRL 103, 177002 (2009)

D i n

χ= ∂

I/∂Φ

(μA

/Φ0)

S N S

Puissance microondes (dBm)

T<20 Kλ=3.4nm

Supraconductivité triplet: supraconducteur + ferromagnétiqueS Ferro S

M(x)

Nb/Py/Nb

Nb/Ho/Py/Ho/Nb

Holmium

M

Pénétration de paires singulet ~ nmPénétration de paires triplet ~ μm

Silicium dopé bore supraconducteur! supraconducteur + semiconducteur

S sc S

Vg

Vsd

● 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

JoFET: Transistor supraconducteur!

source drain

gate

Silicium: élément le plus abondant après l'oxygènebase de l'électronique à base de semiconducteursapplications photovoltaïques – panneaux solaires

Detecteurs astrophysiques et électronique non dissipative

Si:B ultradopé par laserSeulement à l'IEF, Orsay!BCl3

Si (100)

Cycles laser de 25ns

Si (100)20-1

00 n

m

concentration uniforme en

bore (1-10%)

chimisorption

fusion et diffusion

masque

R

T

Photon IR

I

I

S sc S

Membrane suspendue(Institut Néel, Grenoble)

V

Electronique non dissipative on-chip

Tc

BCl3

Si (100)

Cycles laser de 25ns

Si (100)

20-1

00 n

m

concentration en B

uniforme

chimisorption

fusion et diffusion

masque

SIMS

B implanted Si

B (%)

T c (K

)

Si fortement dopé en B: supraconductivité!

GILD

B (%

)

t (Å)

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

ei

Rôle des contraintes

Création de structures à relaxation contrôlée et étude

de la Tc

T. Sarnet et al. Appl. Surf. Science 247, 537 (2005)

80 nmRelaxation partielle des contraintes

B (%)

B (%)

C. Marcenat et al., PRB 81, 020501R (2010)

JoFET: transistor JosephsonS sc S

Vg

Vsd● Interfaces transparentes● Electronique en Si non dissipative pour applications à basse T● Basse densité de porteurs: effet de grille!

Bolomètres IR sensibles au photon unique

S S' S

Photon unique THz

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)

miroirs

Supraconductivité et optique

Propriétés optiques améliorées par la cohérence supra?

Nbn InGaAs

p InP

Electroluminescence augmentée quand T<Tc !

H. Sasakura et al., PRL 107, 157403 (2011)

Traitement laser

Contact ohmique Ge dopé n / métal :

pas de barrière Schottky!

Films minces métalliques par dopage laser

Projet Européen Cesar

Introduction d'atomes magnétiques par recuit laser

ANR JCJC 2012 déposée

Enseignement et vulgarisation2007-2010 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 ISTL3 Magistère de PhysiqueMédecineL3 Etudiants double diplôme