rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Désordre dans les systèmes électroniques à deux dimensions
Chercheurs : Michael Hilke, François Schiettekatte et Thomas Szkopek
Collaborateurs : E. Diez et J.M. Cerver (Salamanca, Espagne); D. Shahar (Inst. Weizmann, Israël); A.Y. Cho (Bell labs); J.C. Flores (Arica, Chili)
Étudiants : S. Avesque, M. Wu et V. Yu
Contact : Michael Hilke; hilke@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~hilke
Il est essentiel de comprendre le rôle du désordre dans les systèmes bidimensionnels car celui-ci
en affecte presque toutes les propriétés physiques. Le désordre peut prendre différentes formes,
comme des impuretés, des défauts cristallins, ou encore des propriétés intrinsèques aux matériaux.
Nous étudions le rôle des différents types de désordre dans plusieurs systèmes, y compris les
hétérostructures à base de semiconducteurs et les monocouches de graphène.
66 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
La complexité de ce projet, vu la diversité des systèmes et
types de désordre présents dans les matériaux, requiert les
expertises multiples de nos collaborateurs des quatre coins du
globe : Chili, Israël, États-Unis et Europe. À titre d’exemple, la
figure 1 illustre les multiples mécanismes de diffusion rencontrés
dans les hétérostructures de GaAs/AlGaAs très propres.
Leur mobilité élevée fait de ces dispositifs d’excellents candidats
pour des applications dans le domaine de l’électronique
haute-fréquence. Un de nos projets est de caractériser les
défauts implantés dans ces structures afin de mieux comprendre
leur influence sur les propriétés de systèmes fortement
corrélés, tels les états fractionnels de l’effet Hall quantique [1].
Figure 1. Illustration des différents mécanismes de diffusion dans les hétérostructures
de GaAs.
Dans la limite du désordre à faible portée, comme dans
plusieurs alliages et matériaux à base d’InGaAs/InAlAs, on
observe d’intéressantes transitions de phases quantiques
dans le régime de l’effet Hall quantique [2]. Les concepts théoriques
décrivant les différents types de désordre sont souvent
exprimés en termes de longueur de corrélation de désordre.
L’ordre de grandeur de cette longueur a d’importantes implications
sur les propriétés fondamentales, par exemple, sur la
densité d’états.
Vu sa mobilité intrinsèque élevée, le graphène est un nouveau
candidat prometteur pour des applications technologiques.
Des travaux sont en cours pour développer de nouveaux outils
expérimentaux et théoriques qui permettront de mieux comprendre
le rôle du désordre dans ce matériau. Nous montrons dans
la figure 2, des images de multicouches de graphène, et la
manière dont ce matériau peut être schématisé.
Haut : multicouches de graphène (a & b): image optique, (c) image SEM, (d) image
AFM. Bas : schéma du transport dans le graphène.
Ce travail est possible grâce à l’utilisation du système d’implantation
ionique de l’Université de Montréal (RQMP), permettant
l’implantation contrôlée de différents types d’ions dans les
hétérostructures.
Références
[1] “Correlations vs impurities: or how to go from fractions to integers in the
quantum Hall effect”, S. Avesque, M. Hilke, F. Schiettekatte, M. Chicoine,
L.N. Pfeiffer et K.W. West,
Proceedings, Nanoelectronics 06, Lancaster (2006).
[2] “Density of states of disordered systems with a finite correlation length”,
J.C. Flores et M. Hilke,
Phys. Rev. B 73, 125115 (2006).
[3] “Two-dimensional electron gas in InGaAs/InAlAs quantum wells”,
E. Diez, Y.P. Chen, S. Avesque, M. Hilke, E. Peled, D. Shahar, J.M. Cerver,
D.L. Sivco et A.Y. Cho,
Appl. Phys. Lett. 88, 052107 (2006).