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1L’ingénieur quantique peut, de nous jours, concevoir et fabriquer des circuits mésoscopiques fondés sur différentes briques élémentaires – boîtes quantiques, aimants moléculaires, nanofils, liens faibles supraconducteurs, graphène, etc. – et se comportant quantiquement à basse température. Comme en physique atomique et moléculaire, la spectrométrie est l’outil de choix pour sonder et manipuler les états quantiques de ces circuits.

2Les transitions quantiques dans les systèmes mésoscopiques couvrent des échelles variées, mais l’expérimentateur est souvent limité technologiquement à celles dont la fréquence est soit inférieure à 20 GHz, soit supérieure au térahertz. Aux fréquences intermédiaires, il est difficile et coûteux de propager et mesurer les micro-ondes dans un cryostat. Une stratégie alternative est nécessaire pour caractériser les propriétés électroniques hyperfréquence de ces structures.

3Nous avons développé un spectromètre intégré (« on-chip ») sur la base des jonctions Josephson pour accéder aux propriétés électroniques des systèmes mésoscopiques entre 2 GHz et 2 THz. Non seulement cette technique rend accessible une gamme de fréquences hors d’atteinte par des moyens conventionnels d’optique et d’électronique, mais ce spectromètre a une largeur de raie d’émission comparable à celles des meilleures sources, une sensibilité comparable à celles des meilleurs détecteurs, et la capacité de se coupler électromagnétiquement sur une très large bande et sur une même puce à un système mésoscopique. Ce dernier avantage permet de suivre des transitions qui dépendent fortement des paramètres externes, comme le champ électrique ou le flux magnétique. Ces spectres ensuite permettent d’identifier les excitations élémentaires du système.

Publication

4Pillet J.-D., Benzoni V., Griesmar J., Smirr J.-L., et Girit Ç.Ö,. « Nonlocal Josephson effect in Andreev molecules », Nano Letters, vol. 19, n^o 10, 2019, p. 7138-7143, https://doi.org/​10.1021/​acs.nanolett.9b02686.