Excitations solitoniques du gaz d'électrons bidimensionnel dans un double puits quantique en champ magnétique

Abstract

L’état fondamental du gaz d’électrons bidimensionnel (GE2D) dans un double puits quantique (DPQ) en champ magnétique à remplissage v = AN + 1 est, pour une certaine gamme de distances interpuits, une onde de densité de charge cohérente. Cette phase présente des canaux cohérents unidimensionnels où l’électron est totalement délocalisé dans les deux puits. Il a été proposé que ces canaux puissent jouer un rôle important sur les propriétés de transport du gaz électronique dans la phase onde de densité de charge cohérente en permettant l’existence d’excitations topologiques chargées de faible énergie, des solitons de pseudospin. Dans ce mémoire, on présente une vérification théorique de la pertinence de ces excitations dans la description du GE2D dans le DPQ. En premier lieu, on construit un modèle effectif unidimensionnel dans l’approximation des faibles gradients de pseudospin pour évaluer le gap de charge du système associé à la formation d’une paire soliton - antisoliton. Dans ce modèle, lorsque le couplage tunnel interpuits est faible, les excitations de types solitoniques sont toujours pertinentes. Afin de vérifier l’existence des solitons de pseudospin dans le cadre d’une théorie plus générale, l’étude du diagramme de phase du GE2D à v > 4N + 1 dans l’approximation Hartree-Fock est faite. Dans le niveau de Landau N = 2, on trouve que, pour la gamme de distances interpuits où l’état fondamental à v = AN + 1 est une onde de densité de charge cohérente, l’état fondamental à v > 4N + 1 est un cristal de solitons de pseudospin localisés dans les canaux cohérents. Pour trouver une signature expérimentale de la présence de cristaux de solitons, on développe par la suite une méthode d’extraction du gap de charge du système à v = 4N + 1 à partir des résultats Hartree-Fock à v > 4N + 1. Après avoir vérifié l’efficacité de cette méthode, on l’utilise pour montrer que la présence de solitons de pseudospin dans les canaux cohérents entraîne une chute rapide du gap de charge de l’état à v = 4N + 1 près de la distance interpuits critique à partir de laquelle l’état fondamental du GE2D est une onde de densité de charge cohérente. Nous pouvons donc conclure que le gap de charge de Fonde de densité de charge cohérente à v = 4N + 1 est déterminé par l’excitation de paires soliton - antisoliton.