Laboratoire Léon Brillouin

UMR12 CEA-CNRS

Bât. 563 CEA Saclay

91191 Gif sur Yvette Cedex

France

llb-sec@cea.fr

Electrodynamique quantique d'une jonction Josephson polarisée en tension dans le régime de fort couplage
Chloé Rolland
Groupe Nanoélectronique (GNE)
Mercredi 14/12/2016, 14h00-17h00
Amphi. Bloch, Bât. 774, Orme des Merisiers, CEA-Saclay

Résumé

Dans cette thèse, nous avons étudié le couplage entre le transport de charge dans un conducteur quantique et le rayonnement émis dans son environnement électromagnétique. En effet, le caractère probabiliste du transport électrique dans ce type de conducteurs engendre des fluctuations de courant qui dissipent de l'énergie dans l'environnement sous forme de photons.
Pour caractériser cette interaction, nous avons utilisé un circuit dans lequel une Jonction Josephson polarisée avec une tension continue est couplée à un résonateur micro-onde.
Quand le travail fourni par la source de tension pour faire passer une charge 2e à travers la jonction correspond à un nombre entier de quanta d'énergie dans le résonateur, on observe un courant continu de paires de Cooper associé à l'émission de rayonnement dans le résonateur. Ce rayonnement est ensuite collecté dans une ligne de mesure micro-onde.
En fabriquant des résonateurs hautes impédances basés sur des inductances planaires, nous avons pu atteindre le régime de fort couplage et observer les effets spectaculaires de cette interaction lumière-matière. D'une part, le régime de fort couplage exacerbe les processus multi-photoniques et nous avons observé jusqu'à l'émission simultanée de neuf photons part une paire de Cooper.
De plus en utilisant un montage de type Hanbury-Brown and Twiss, nous avons pu mesurer la statistique des photons émis. Nous avons ainsi démontré que la rétroaction de l'environnement sur la dynamique du transport permet de créer une source non-classique de photons sous-Poissonniens, en accord avec les prédictions théoriques.


 

Strong coupling Quantum Electrodynamics of a voltage biased Josephson junction

In this thesis, we investigate the coupling between the charge transport in a quantum conductor and the associated radiation emitted in the electromagnetic environment. In fact, the probabilistic character of the electric transport in this type of conductors generates current fluctuations which dissipate energy in the environment in the form of photons.
To characterize this interaction, we used a circuit in which a Josephson junction is coupled to a microwave resonator and dc voltage biased.
When the work provided by the voltage source to transfer a charge 2e through the junction corresponds to an integer number of energy quanta in the resonator, we observe a dc current of Cooper pairs associated with the emission of radiation in the resonator. This radiation is then collected in a microwave measuring line.
By carefully engineering high impedance resonators based on planar inductances, we were able to reach the strong coupling regime and observed the dramatic effects of this light-matter interaction. First the strong coupling regime favors multi-photon processes and we observed up to the simultaneous emission of nine photons by a single tunneling Cooper pair.
In addition, using a Hanbury-Brown and Twiss type, we were able to measure the statistics of the emitted photons. We have demonstrated that the feedback of the environment on the transport dynamics creates a non-classical source of antibunched photons, in agreement with the theoretical predictions.

Contact : Christian GLATTLI

 

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