Transport de chaleur dans le graphène en régime d'effet Hall quantique

L'effet Hall quantique est un effet qui apparaît dans les gaz 2D sous l'action du champ magnétique, tel que le matériau 2D va devenir isolant, à l'exception des bords. Le transport va s'effectuer au sein de canaux de bords de conduction balistiques et chiraux. Ce sont ces canaux qui vont être à l'origine de la quantification du transport de charge. Cet effet est au coeur de la physique mésoscopique d'aujourd'hui, notamment car il permet d'effectuer des expériences simples en transport quantique mésoscopique, ainsi que des expériences de métrologie, afin de mesurer précisément la valeur de l'étalon de résistance par exemple. Le transport au sein des canaux va être doublement quantifié. En effet, il y aura une quantification de la charge, mais aussi une quantification du flux de chaleur. L'objectif de la thèse est de mesurer la quantification du transport de chaleur dans le graphène en régime d'effet Hall quantique. L'effet Hall quantique est différent dans le graphène comparé aux gaz 2D. En effet, le diagramme de dispersion du graphène possède deux points de symétries appelés vallées, qui sont à ajouter aux symétries de spin usuelles dans les matériaux 2D. La caractéristique du graphène est d'avoir à la fois des symétries de spins et de vallées (dégénérescence = 4), contre une seule symétrie de spins pour les gaz 2D (dégénérescence = 2). Le manuscrit est présenté de cette manière, tout d'abord les différents éléments théoriques sur l'effet Hall quantique et le graphène sont introduits dont les éléments principaux ont été donné ci-dessus. Puis la méthode de mesure de quantification du flux de chaleur dans le graphène à partir de mesure de bruit thermique est développée. Le modèle de transport de chaleur au sein de canaux balistiques est décrit, avant d'appliquer ce modèle au graphène à partir de mesures de bruit thermique. La particularité de ces mesures est d'extraire du bruit thermique mesuré le flux de chaleur issu des canaux de bords du graphène. Ensuite, la méthode de mesure et de fabrication des échantillons est présenté. Les mesures doivent être effectuées dans un réfrigérateur à dilution pouvant refroidir jusqu'à 10 mK, et atteindre des champs magnétiques de l'ordre de 14 T. Le dispositif de mesure a été intégralement installé par nos soins. La fabrication des échantillons a été une grosse partie du travail de thèse, car pour mesurer le transport de chaleur dans l'effet Hall quantique fractionnaire il est nécessaire de fabriquer des échantillons de haute qualité. Le manuscrit présente ensuite les mesures de transport de chaleur dans un échantillon que nous avons fabriqué, montrant la quantification du flux de chaleur dans l'effet Hall quantique entier. Ces mesures permettent de vérifier des mesures déjà effectuée dans le graphène pour l'effet Hall quantique et la fiabilité de notre méthode de mesure. La dernière partie est consacrée aux mesures effectuées sur un échantillon issu d'une collaboration, dont nous avons pu montrer l'impact des modes neutres contre-propageants sur le transport de chaleur en régime d'effet Hall quantique fractionnaire. Pour conclure sur le travail effectué durant cette thèse, il a pu être vérifié, à partir de mesures de bruit thermique, la quantification du flux de chaleur dans le graphène en régime d'effet Hall quantique entier et fractionnaire. Ce deuxième cas a montré des résultats encourageants sur la compréhension des modes neutres en son sein. Ces résultats ouvrent la voie vers de futures mesures de transport quantique dans le graphène, que ce soit dans l'approfondissement de la compréhension de ces modes neutres, ou encore, dans la mesure des magnons dans le graphène.