Les effets du champ magnétique sur les excitons et les complexes chargés dans les nanostructures quantiques sont un sujet de recherche important, en particulier dans les structures à base de nanocristaux quantiques (QRs) tels que les nanocristaux à base d’InAs/GaAs. Lorsqu'un champ magnétique est appliqué à une telle structure, il influence directement les niveaux d'énergie des excitons et des complexes associés, provoquant des oscillations caractéristiques connues sous le nom d'effet Aharonov-Bohm excitonique.

Les spectres de photoluminescence circulairement polarisée d'un QR fabriqué par la méthode à barrière modulée montrent deux lignes principales : une ligne à haute énergie associée à la recombinaison des excitons neutres et une autre à faible énergie due à l'émission des excitons chargés. Lors de la mesure de l'énergie des photons issus de la recombinaison des excitons chargés en fonction du champ magnétique, un comportement oscillatoire a été observé, qui était en opposition de phase avec l'énergie de l'électron. Ces oscillations ont été interprétées comme des manifestations de l'effet Aharonov-Bohm pour les excitons.

L'effet Aharonov-Bohm excitonique, bien qu’originairement considéré pour un modèle unidimensionnel, se révèle également pertinent pour des QRs de largeur finie. Les oscillations de la force de l'oscillateur en fonction du flux magnétique pour l'état fondamental de l'exciton diminuent à mesure que la largeur du QR augmente, mais l'amplitude de ces oscillations reste finie, même lorsque le rapport rayon-largeur du QR devient inférieur à l’unité. Cela met en évidence le fait que la condition clé pour observer cet effet est d'éviter le centre du QR. De plus, les spectres des excitons et des transitions optiques, calculés en tenant compte du potentiel de confinement réaliste des QRs auto-assemblés, montrent une grande sensibilité à la taille, à la forme anisotrope et à la composition du QR.

Des études supplémentaires sur la photoluminescence d'ensembles de QRs InAs/GaAs en champs magnétiques élevés (jusqu'à 30 T) ont révélé que l'interaction Coulombienne entre l'électron et le trou, ainsi que le confinement des particules, peuvent supprimer l'effet Aharonov-Bohm excitonique dans ces structures. Ce phénomène a également été observé dans des études de MPL sur des QRs auto-assemblés de type-II GaSb/GaAs.

L'oscillation optique de l'effet Aharonov-Bohm, associée à l'exciton et au biexciton, en présence d'anisotropie de structure, de localisation, de champ électrique interne et de diffusion par impuretés, révèle des modulations supplémentaires. Par exemple, la formation d'une paire d'excitons fortement corrélée, un "molecule Wigner excitonique", a été observée expérimentalement par de nouvelles oscillations dans le spectre de photoluminescence à des champs magnétiques élevés. Les énergies d'émission du biexciton changent abruptement lors des champs magnétiques de transition, avec une période d'oscillation fractionnaire par rapport à celle de l'exciton, conduisant à des oscillations fractionnaires de l'effet Aharonov-Bohm optique. Un autre effet de l'Aharonov-Bohm dans les formations neutres a été observé dans les oscillations magnéto-plasmons des QRs. La fréquence du plasmon dans un QR de largeur finie est composée d'une partie monotone superposée aux oscillations Aharonov-Bohm. Ces oscillations modifient leur période et amplitude en fonction du champ magnétique appliqué.

Les décalages de polarons dans les QRs montrent la non-monochromaticité des oscillations de l'effet Aharonov-Bohm, ce qui est attribué à la différence de flux magnétique traversée par les trajectoires électroniques. Lorsque l'exciton est généré, les contributions de l'électron et du trou à la polarisation du milieu ont des signes opposés, ce qui rend important de tenir compte de la finitude de l'anneau lors du calcul de l'effet net, déterminé par les fonctions d'onde des particules.

Les avancées théoriques récentes ont également permis de mieux comprendre l'impact de la géométrie et de la structure des QRs sur leurs propriétés électroniques. L'adhésion des QRs dans des structures multicouches est un outil essentiel pour contrôler ces propriétés. Des études théoriques sur les systèmes multicouches ont révélé un rôle non trivial du stress dans ces structures, en particulier dans les QRs GaAs-capsulés InAs/In0.53Ga0.47As. Ce stress a montré une relaxation anormale, où GaAs, intégré dans la matrice In0.53Ga0.47As, a considérablement réduit les composants du stress, facilitant ainsi la relaxation atomique de l'InAs. Le stress biaxial positif faible d'InAs, associé au stress biaxial négatif fort de GaAs dans un QR, a favorisé l’apparition de l’état de trou léger dans la bande de valence des QRs, par rapport à celui des points quantiques.

Les propriétés électroniques des QRs sont également très dépendantes des paramètres géométriques des structures. Les calculs effectués dans le cadre de la méthode Quantum-Monte-Carlo à intégrale de chemin ont montré que la géométrie du QR, comme son rayon ou sa déformation elliptique, influence directement le spin des électrons et la polarisation du système. Les QRs auto-assemblés, présentant un mélange entre les sous-bandes des trous lourds et légers, ont ouvert de nouvelles perspectives d'applications en raison de leurs taux de tunnelage améliorés et de leur potentiel pour des dispositifs contrôlés par spin-orbite.

En conclusion, l’étude des effets du champ magnétique sur les excitons et les complexes chargés dans les QRs révèle une variété de phénomènes complexes et interdépendants qui sont essentiels pour comprendre et exploiter les propriétés optiques et électroniques de ces nanostructures quantiques. Le contrôle de ces effets, en particulier dans des structures multicouches et sous champ magnétique, ouvre la voie à de nouvelles applications dans les domaines de l'optoélectronique et du calcul quantique.

Quel est l'impact des inhomogénéités multiples sur le changement d'état superconductor dans un anneau supraconducteur sous l'influence de la radiation polarisée circulairement ?

L'amplitude de l'état stationnaire ψn=+1 devient dépendante de la fréquence de la source d'excitation ωL lorsque la fréquence approche 0. Cette dépendance de la fréquence entraîne un comportement non monotone de la probabilité de transition vers l'état superconductor final, phénomène que l'on observe dans nos calculs pour les systèmes présentant une inhomogénéité significative. Ce phénomène est illustré par la probabilité de générer l'état stationnaire final, ψn=+1, en fonction de la fréquence de la radiation, ωL. Dans les graphiques, les valeurs des états initiaux (ISs), γ, sont indiquées par des courbes de différentes couleurs : γ=0.0 (courbes rouges), γ=±0.02 (courbes vertes), γ=±0.04 (courbes bleues), γ=±0.06 (courbes violettes), et γ=±0.1 (courbes orange). Les panneaux supérieurs correspondent aux valeurs γ<0, tandis que les panneaux inférieurs aux valeurs γ>0. Différents panneaux montrent des résultats pour des durées de pulse τE=10 et 30.

Les résultats indiquent que pour γ>0, la supraconductivité devrait d'abord se former dans la région autour de θ∼π, où la force de couplage est localement augmentée à cause de l'inhomogénéité. Cela suggère que l'inhomogénéité joue un rôle crucial dans la formation du super-état et dans l'optimisation du processus de transition de phase dans des systèmes complexes.

Dans le cas de plusieurs inhomogénéités, la situation devient plus complexe. Lorsque nous abordons le scénario impliquant plusieurs défauts dans le système, la réponse du système à une source externe polarisée circulairement révèle des comportements de basculement plus prononcés. Pour modéliser cette situation, chaque inhomogénéité est introduite par un terme de la forme -γ δ (r - γ rs). Cela nous permet de simuler la configuration où ces défauts sont répartis symétriquement, formant un polygone équilatéral. Si deux inhomogénéités sont présentes, l'angle entre elles est de 180°. Nous supposons que toutes les inhomogénéités ont une amplitude identique et un signe uniforme, ce qui simplifie les calculs et permet de focaliser l’analyse sur leur effet collectif.

Lorsqu’il y a deux inhomogénéités, les fluctuations dans le processus de basculement entre les états superconductor porteurs de courant sont plus supprimées. Cette suppression des fluctuations améliore la stabilité du processus de basculement, particulièrement dans les plages de fréquence où l'effet inverse Faraday est moins efficace. Ce phénomène donne des indices sur la stabilité du basculement dans une région d’efficacité quasi-parfaite, ce qui est essentiel pour des applications pratiques en dispositifs supraconducteurs de haute performance.

La stabilité de cet effet de basculement est également influencée par les fluctuations du flux magnétique. Ces fluctuations, tout en affectant les systèmes, semblent avoir un impact minimal sur la région de basculement efficace. Les résultats des simulations montrent que, malgré des variations du flux magnétique dans la plage Φ = −(0.3 … , 0.5) Φ0, l'effet de basculement reste stable. En particulier, dans les plages de fréquences autour de 0.2 < ωL < 1, cette stabilité persiste même en présence de variations de température et d’homogénéité magnétique. Ces observations fournissent une perspective intéressante pour les futures expérimentations visant à valider ce phénomène, en particulier dans des configurations d'anneaux supraconducteurs multiples.

Ce modèle, fondé sur l'effet inverse Faraday et la réponse optique d'un système supraconducteur sous rayonnement polarisé circulairement, ouvre la voie à des dispositifs supraconducteurs novateurs. En permettant un contrôle précis du basculement entre états porteurs de courant par radiation, il devient possible de développer des technologies plus efficaces et plus rapides dans des domaines tels que le stockage de données quantiques et les capteurs sensibles. En outre, l'étude de la stabilité dans les systèmes multi-défauts et son interaction avec des flux magnétiques variables pourraient aider à la conception de dispositifs plus robustes face aux perturbations externes.

Il est aussi fondamental de comprendre que l'impact de l'inhomogénéité dans de tels systèmes n'est pas seulement limité à un effet local sur la paire de Cooper, mais qu’il modifie la dynamique globale du système, ouvrant ainsi de nouvelles avenues pour des recherches sur des matériaux supraconducteurs avec des défauts contrôlés.

Comment les champs externes modifient la dynamique des ondes de spin dans les anneaux magnétiques fins

Les résultats expérimentaux sur la dynamique des ondes de spin dans des anneaux magnétiques permalloy de 30 nm d'épaisseur ont révélé une relation bien définie entre la fréquence de résonance et le champ externe appliqué. Cette relation, qui correspond aux prédictions théoriques sur la quantification radiale des ondes de spin dans des géométries circulaires, met en évidence l'influence de la frontière interne de l'anneau, une caractéristique absente dans les structures plus simples en forme de disque. La structure des modes radiaux se caractérise par un mode fondamental, où la distribution est la plus simple et l'intensité la plus élevée. En revanche, les modes d'ordre supérieur, avec des profils plus complexes, montrent des intensités réduites en raison de l'augmentation des pertes et de la complexité spatiale.

Lorsque le champ externe est légèrement incliné par rapport à la normale, le profil de la courbe d'absorption se modifie de manière significative. Non seulement des modes d'ondes de spin quantifiés radialement, mais aussi des modes azimutaux sont observés. En effet, une légère inclinaison du champ modifie la répartition interne du champ magnétique dans l'anneau, ce qui conduit à une scission des modes. Ce phénomène est particulièrement évident lorsque l'inclinaison augmente, comme le montre la courbe FMR pour une fréquence de 9 GHz. À mesure que l'inclinaison du champ augmente, les premiers modes résonants commencent à se diviser, et le nombre de fissions devient plus important, modifiant ainsi les champs de résonance.

Les simulations micromagnétiques ont fourni des éclaircissements supplémentaires sur ce comportement. Elles ont montré que l'inclinaison du champ modifie les facteurs démagnétisants effectifs à l'intérieur de l'anneau, créant des variations azimutales dans la distribution interne du champ. Ces variations expliquent la scission des modes observée, soulignant la sensibilité de la dynamique des ondes de spin aux perturbations externes. L'utilisation d'une relation de dispersion modifiée a permis d'analyser les modes d'ondes de spin dans des anneaux fins, prenant en compte les effets de confinement radial et de conditions aux bords. Les modèles théoriques ont prédit la quantification des modes radiaux et les effets de rupture de symétrie causés par le champ incliné. En couplant les calculs analytiques et les simulations micromagnétiques, l'étude a fourni une compréhension approfondie de l'interaction entre la géométrie et les interactions magnétiques.

Les résultats obtenus pour les excitations à 9 GHz confirment l'accord entre la théorie, la simulation et l'expérience, bien que des écarts puissent être expliqués par des changements dans les conditions aux bords liées à la géométrie inclinée. Cet accord souligne la robustesse de l'approche théorique et numérique. Les anneaux magnétiques fins se distinguent des structures planaires ou en forme de disque en raison de leur géométrie circulaire et de la présence de leur frontière interne. La complexité de leur comportement, notamment la scission des modes et les variations d'intensité, met en lumière l'importance des effets de rupture de symétrie et des dépendances radiales et azimutales. Ces résultats sont essentiels pour la conception de dispositifs magnoniques. En contrôlant l'orientation du champ externe et en exploitant les interactions qui brisent la symétrie, il est possible de personnaliser les spectres des ondes de spin des anneaux fins pour des applications spécifiques, telles que les filtres micro-ondes réglables et les dispositifs logiques qui tirent parti des propriétés distinctes de résonance des modes confinés des ondes de spin.

L’étude de la dynamique des ondes de spin dans les anneaux de permalloy fins a ainsi révélé un spectre riche de comportements issus de l’interaction entre la quantification radiale, les effets de rupture de symétrie et la modulation du champ externe. Ces découvertes ouvrent de nouvelles perspectives pour l’utilisation de ces systèmes confinés dans des applications magnoniques.

L'importance de la compréhension de la dynamique des ondes de spin ne réside pas uniquement dans l’observation de ces phénomènes mais aussi dans la manière dont ces résultats peuvent être appliqués dans le développement de nouvelles technologies. L’utilisation de géométries confinées, telles que les anneaux magnétiques fins, pourrait transformer la conception de dispositifs magnoniques en offrant une méthode plus précise de contrôle des fréquences. De plus, l'interaction entre les différents modes d'ondes de spin dans ces structures offre une plateforme idéale pour des applications nécessitant des ajustements fins de fréquences et une meilleure sensibilité aux variations du champ externe. Enfin, l'étude de ces systèmes permet de mieux comprendre les effets des interactions de longue portée, telles que les interactions dipolaires et d'échange, qui deviennent significatives lorsque les dimensions de l'élément sont suffisamment petites. Ces facteurs doivent être pris en compte dans la conception de dispositifs à base de magnons, notamment ceux destinés à des applications à haute fréquence ou à grande vitesse.

Comment créer un modèle du cycle de vie d'un objet dans un système d'affaires complexe ?
Quand et comment l'humanité a-t-elle émergé de son passé pour devenir ce que nous sommes aujourd'hui ?
Comment préparer un gâteau orange au miel d'une manière raffinée et professionnelle ?
La complicité du sycophante : Une réflexion sur le pouvoir, la moralité et la manipulation politique
Comment prédire la pression dans une simulation de fluide à l'aide de la dynamique des particules lissées ?