Corrélations de courant dans les structures
mésoscopiques supraconducteur - métal normal

Current correlations in superconductor - normal metal mesoscopic structures

Guillaume Bignon (1)

1 LPM2C - Laboratoire de physique et modélisation des milieux condensés

Thanks to the experimental progress in miniaturization and cryogenics over the last twenty years, it is now possible to build sufficiently small electric circuits where the wave like nature of electron becomes significant. In such electric circuit transport properties like current and noise are modified. It corresponds to the mesoscopic scale. Moreover, connecting a mesocopic circuit to a superconductor enhances the effects due to interference between electrons since a superconductor is a macroscopic source of coherent electrons pairs: the Cooper pairs. In this thesis, we study current correlations in mesoscopic normal metal - superconductor structures. First, the energy dependence of current noise in a normal metal - superconductor tunnel junction is analysed taking into account weak disorder and interactions. We show that if the normal metal is out of equilibrium, current and noise become independent. Next, we consider the case of a superconductor connected to two normal metals by tunnel junctions. We show that it is possible to change the sign of current crossed correlation by tuning the voltages and that it can be used to probe the size of the Cooper pairs. Lastly, using Usadel's quasi-classic theory, we study the energy dependence of noise in a normal metal - normal metal - superconductor double junction. We show that barrier's transparencies modifies significantly both current and noise.

Grâce aux progrès expérimentaux de ces vingt dernières années en miniaturisation et cryogénie, il est maintenant possible de réaliser des circuits électriques de taille suffisamment petite pour que le comportement ondulatoire des électrons devienne important à basse température et modifie les propriétés du transport électrique comme le courant ou le bruit. C'est l'échelle mésoscopique. Si, de plus, un supraconducteur est connecté à un tel circuit, les effets d'interférences entre électrons augmentent car le supraconducteur est une source macroscopique de paires d'électrons cohérents: les paires de Cooper. Dans cette thèse, nous étudions les corrélations du courant dans les structures mésoscopiques métal normal - supraconducteur. Nous nous intéressons d'abord à la dépendance en énergie du bruit en courant dans une jonction tunnel simple métal normal - isolant - supraconducteur en prenant en compte les effets du désordre et les interactions. Nous montrons que si les réservoirs ne sont pas à l'équilibre thermodynamique, le courant et le bruit sont indépendants. On considère ensuite une structure où le supraconducteur est connecté à deux métaux normaux par des jonctions tunnel. Nous montrons alors que la corrélation croisée du courant peut changer de signe et qu'elle contient des informations sur la taille des paires de Cooper. Enfin, à l'aide de la théorie quasi-classique d'Usadel, on étudie la dépendance en énergie du bruit dans une double jonction en série métal normal - métal normal - supraconducteur et montrons que la transparence des jonctions joue un rôle important.

Mots clés: mesoscopic superconductivity; shot noise; current fluctuations; Andreev reflection; tunnel junction

Mots clés: supraconductivité mésoscopique; bruit de grenaille; fluctuations de courant; réflexion Andreev; jonction tunnel; corrélations

Domaines: Physique mathématique [math-ph]; Matière Condensée [cond-mat]

Guillaume Bignon. Corrélations de courant dans les structures
mésoscopiques supraconducteur - métal normal. Physique mathématique [math-ph]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011488⟩