Transition de phase quantique de type verrouillage-déverrouillage dans les canaux linéaires cohérents des phases en rayures dans les doubles puits quantiques sous champ magnétique perpendiculaire

Abstract

On peut créer un gaz électronique bidimensionnel en utilisant le potentiel de confinement d'une couche mince d'un semiconducteur dans un substrat fait d'une [i.e.d'un] autre semiconducteur de gap plus élevé. L'ajout d'un champ magnétique perpendiculaire au plan de confinement modifie de façon drastique les propriétés du gaz électronique. Pour des densités et des valeurs du champ magnétique adéquatement choisies, on obtient un état fondamental en onde de densité de charge. Dans un système composé de deux de ces gaz bidimensionnels suffisamment rapprochés l'un de l'autre, on prévoit théoriquement l'existence d'un état fondamental composé d'une onde de densité de charge dans chacun des puits et d'une série de régions linéaires où l'on a une délocalisation cohérente des électrons entre les deux puits. Dans cette thèse, on étudie le comportement à température nulle de cet état fondamental en rayures cohérentes. L'étude numérique des modes collectifs de ces phases laisse croire qu'un déverrouillage des canaux cohérents est envisageable dans ce système. Afin d'étudier cette possibilité, nous construisons d'abord un modèle effectif de canaux quasi-unidimensionnels couplés qui permettent de reproduire correctement les excitations collectives à basse énergie de la phase en rayures cohérentes du double puits quantique. Dans un système de coordonnées adéquatement choisi, ces excitations peuvent être décrites par des ondes de pseudospin. Les paramètres de ce modèle effectif simple peuvent être extraits des calculs des fonctions de réponse réalisés dans l'approximation Hartree-Fock dépendante du temps (appelée aussi Generalized Random Phase Approximation). On constate l'efficacité de ce modèle à décrire la dynamique basse énergie du système pour une certaine plage de distances inter-puits. En retirant de ce modèle les contributions à l'hamiltonien provenant des couplages de type Josephson entre les canaux, on obtient alors un système où les canaux sont déverrouillés. Un traitement en groupe de renormalisation perturbatif des couplages Josephson généraux permet alors de conclure si la phase déverrouillée peut être stable lorsque l'on traite les fluctuations quantiques qui ne sont pas incluses dans l'approximation GRPA. Ces calculs nous permettent de conclure que la phase en rayures cohérentes dans les doubles puits quantiques sous champ magnétique perpendiculaire est telle que les canaux cohérents demeurent toujours verrouillés et ce, peu importe la valeur de la distance inter-puits. On envisage par contre que l'ajout d'un biais électrostatique pourrait permettre de modifier les propriétés du double puits de façon telle qu'une phase en rayures déverrouillées puisse être stabilisée par les fluctuations quantiques.