Des séparatrices en graphène pour l’optique quantique électronique

François Parmentier (SPEC)

Les interféromètres optiques utilisent souvent des séparatrices qui divisent un faisceau lumineux en deux parties afin de les faire interférer. Dans le cas de l’optique quantique électronique, la réalisation de ce type de composants est un domaine de recherche actif. Des physiciens du Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC, CEA/CNRS), dans une collaboration internationale avec le Japon et la Corée, démontrent ici la réalisation d’un interféromètre de Mach-Sehnder électronique en fabriquant, grâce au graphène, des séparatrices totalement accordables et qui préservent la cohérence et les propriétés quantiques des électrons. Ces travaux sont publiés dans Physical Review Letters.

Artist view of the sample. An ultra-clean graphene flake is divided in two regions with opposite (p- and n-) doping (red and blue). Electrostatic gates (highlighted in yellow) placed on the corners of the interface between the two regions are used to control the mixing between the edge channels (red and yellow arrow), realizing quantum Hall valley splitters. The whole system forms an electronic Mach-Zehnder interferometer : electrons coming from the top (yellow and red) channels are split by the top beam splitter into two (dashed yellow-red) channels propagating along the p-n interface, and finally recombined at the bottom beam splitter. The phase shift between the two paths of the interferometer is controlled by the external magnetic field.

Quantum Hall valley splitters and a tunable Mach-Zehnder interferometer in graphene, M. Jo, P. Brasseur, A. Assouline, G. Fleury, H. -S. Sim, K. Watanabe, T. Taniguchi, W. Dumnernpanich, P. Roche, D. C. Glattli, N. Kumada, F. D. Parmentier, and P. Roulleau, Phys. Rev. Lett. 126, 146803 (2021)

Results achieved in the framework of the project ZerHall funded by topic 1 and carried out by François Parmentier (SPEC) and Mark Goerbig (LPS)