Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / As the search for ever-higher-speed, greater-density, and lower-power technologies accelerates, so does the quest for devices and methodologies to fulfill the increasingly-difficult requirements for these technologies. A possible means by which this may be accomplished is to utilize superconducting devices and graphene nanoribbon nanotechnologies. This is because superconductors are ultra-low-power devices capable of generating extremely high frequency (EHF) signals, and graphene nanoribbons are nanoscale devices capable of extremely high-speed and low-power signal amplification due to their high-mobility/low-resistance channels and geometry-dependent bandgap structure. While such a hybrid co-integrated system seems possible, no process by which this may be accomplished has yet been proposed. In this thesis, the system limitations are explored in-depth, and several possible means by which superconducting and graphene nanotechnological systems may be united are proposed, with the focus being placed on the simplest method by which the technologies may be hybridized and integrated together, while maintaining control over the intended system behavior. This is accomplished in three parts. First, via circuit-level simulation, a semi-optimized, low-power (~0.21 mW/stage) graphene-based amplifier is developed using ideal and simplified transmission line properties. This system is theoretically capable of 159-269 GHz bandwidth with a Stern stability K >> 1 and low noise figure 2.97 <= F <= 4.33 dB for all appropriate frequencies at temperatures between 77 and 90 K. Second, an investigation of the behavior of several types of possible interconnect methodologies is performed, utilizing hybrid substrates and material interfaces/junctions, demonstrating that an Ohmic-contact superconducting-normal transmission line is optimal for a hybrid system with self-reflections at less than -25 dB over an operating range of 300 GHz. Finally, a unified layout and lithography construction process is proposed by which such a hybrid system could be developed in a monolithic physical system on a hybrid substrate while maintaining material and layout integrity under varying process temperatures.

Thesis (PhD)--University of Stellenbosch, 2004. / ENGLISH ABSTRACT: Analog-to-digital converters (ADCs) are an integral part of the interface between the analog and digital realms. This dissertation presents the design and simulation of a Complementary Output Switching-Logic (COSL) compatible, voltage state, switching logic comparator and a flash ADC for high speed applications with multi-GHz input bandwidth. Josephson technology and the COSL family of gates were utilized for this purpose. A detailed design for the switching logic comparator is first provided. The design is verified with simulations to obtain a functional comparator. The comparator is then optimized utilizing an optimization tool developed using the scripting facilities of WRSpice. Incorporated in this tool is a Monte Carlo capability to randomly vary the component values according to Gaussian distributions, and trimming facilities to be able to trim a non-functional comparator to restore functionality. The design component values are then optimized by maximizing the yield of a comparator. The optimized comparator is incorporated into the construction of a4-bit quantizer of an ADC. The output from the quantizer section yields a switching-logic Gray-code output. A Gray-to- Binary converter is designed with COSL gates to convert the Gray output from the quantizer into Binary code for further processing. The functionality, linearity, maximum input bandwidth and dynamic range of the 4-bit ADC is verified by simulation. A number of special input waveforms are used for this purpose. The performance of the comparator and the 4-bit ADC is also evaluated with thermal noise incorporated into simulation. Beat frequency simulations and Fourier spectra were also used in the evaluation of the ADC performance. A fully functional 4-bit ADC, with a maximum input bandwidth of 10 GHz for a clock speed of 20 GHz was achieved through simulations. Beat frequency simulations revealed that the comparators have an input bandwidth greater than 19 GHz with sufficient dynamic range for an ADC of greater than 6 bits of resolution. Due to the fact that the aperture time for the ADC is dependant on the rise time of the sampling pulse and not the width of the pulse, a much smaller aperture time is obtained which directly translates to higher input bandwidth. Finally, a layout of a 4-bit sampler circuit was done according to the Hypres manufacturing process to enable the high-speed testing of the comparator circuits. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Analoog-na-Digitale Omsetters (ADOs) vorm 'n integrale deel van die koppelvlak tussen die analoog en digitale wêrelde. Hiedie proefskrif stel die ontwerp en simulasie van 'n Komplementêre Uittree Geskakelde Logika (COSL) aanpasbare, spanningstoestand, geskakelde logika vergelyker en ADO bekend. Hierdie ADO kan vir hoë spoed toepassings waar multi-GHz intree-bandwydte benodig word, aangewend word. Josephson tegnologie en die Komplementêre Uittree Geskakelde Logika (COSL) familie van hekke word vir hierdie doel gebruik. Die volledige ontwerp vir die geskakelde logika vergelyker word eerstens gegee. Die ontwerp word met behulp van simulasies bevestig om sodoende 'n ten volle funksionele vergelyker te verkry. Die vergelyker word verder geëptimeer deur middel van 'n proses wat met behulp van programmering in WRSpice ontwikkel is. Hierdie optimeringsproses sluit 'n Monte Carlo proses in wat die komponentwaardes van die vergelyker onwillekeurig volgens 'n Gaussiese verspreiding verander, sowel as 'n verstellingsmeganisme waarmee 'n nie-funksionerende vergelyker verstel kan word totdat dit weer ten volle funksioneer. Die komponentwaardes word dan geëptimeer vir maksimale opbrengs van 'n vergelyker. Die geëptimeerde vergelyker word gebruik in die konstruksie van 'n 4-bis kwantifiseerder vir 'n ADO. Die uittree van die 4-bis kwantifiseerder is in Gray kode. 'n Gray-na-Binêre kode omsetter word vir hierdie doelontwerp deur van COSL hekke gebruik te maak. Die volle ADO word voorts gesimuleer om die funksionalitet, lineariteit, maksimum intreebandwydte en dinamiese bereik te verifieer. 'n Verskeidenheid van intreeseine is vir hierdie doel gebruik. Die vergelyker en die 4-bis ADO is ook gesimuleer met termiese ruis om die effek daarvan te bepaal. Fourier spektra en ''verskilfrekwensie'' (Beat Frequency) simulasies word ook gebruik in die evaluering van die vergelyker en die ADO. Die korrekte werking van 'n 4-bis ADO met intreebandwydte van 10 GHz met 'n klokspoed van 20 GHz is deur simulasie bevestig. Verskilfrekwensie simulasies dui aan dat die vergelykers 'n intreebandwydte van groter as 19 GHz het, met voldoende dinamiese bereik vir 6 bis resolusie. Aangesien die vergelykers se venstertydperk bepaal word deur die stygende helling van die monsterpuls en nie deur die pulswydte nie, maak dit voorsiening vir 'n baie klein venstertydperk. 'n Klein venstertydperk is essensieel vir 'n hoë intreebandwydte. 'n Uitleg van 'n 4-bis vergelyker stadium is gedoen vir die Hypres vervaardigingsproses om die vergelyker teen hoë spoed te kan toets.

Thesis (MEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2006. / The Josephson effect of high-temperature superconducting nanobridge structures is studied worldwide. Until now, nanobridges are generally fabricated with focused ion beam milling on planar thin films. These nanobridges are employed as weak links in superconducting quantum interference devices (SQUIDs) and used in superconducting flux flow transistors and devices. This project had two main objectives: to improve the sidewall angle of photoresist lines, with the aid of atomic force microscopy (AFM) nanolithography; and to fabricate hightemperature Josephson junctions by constricting superconductive YBCO lines on MgO substrates with AFM nanolithography. The entire fabrication process is explained including photolithography, deposition of the YBCO thin films with pulsed laser deposition (PLD), nanolithography and wet etching. Although the testing of the junctions did not show any Josephson behaviour, it could be demonstrated that nanobridge structures can successfully be created by AFM nanolithography. The entire fabrication process has been demonstrated in detail for the benefit of future research.

No description available.

Cette thèse poursuit deux directions dans le domaine des isolants et supraconducteurs topologiques.Dans la première partie de la thèse nous étudions des isolants en deux dimensions sur réseau, présentant un effet Hall quantique anormal (c'est-à-dire en l'absence d'un champ magnétique externe), induit par la présence d'un flux magnétique inhomogène dans la maille. Le système possède des phase isolantes caractérisés par un invariant topologique, le nombre de Chern, qui est lié à la conductance portée par le bord états. Nous montrons que les modèles à deux bandes admettent des phase à nombre de Chern arbitraire, ou, de façon équivalente, un nombre arbitraire d'états de bord, quand on augmente la portée des couplages sur réseau. Cette compréhension est rendue possible grâce à la démonstration d'une formule montrant que le nombre de Chern d'une bande dépend de certains propriétés d'un ensemble discret de points dans la zone de Brillouin, les points de Dirac en l'absence du gap. Ces idées sont rendues plus concrètes dans l'étude du modèle de Haldane et dans la création d'un modèle artificiel avec cinq phases de Chern dont les états de bord sont déterminés en détail. La deuxième partie de la thèse porte sur les supraconducteurs topologiques unidimensionnels qui exhibent des états exotiques d'énergie zéro: les états liés de Majorana. Nous étudions ici la présence de fermions de Majorana dans des fils de semiconducteurs à fort couplage spin-orbite sous l’effet de proximité d'un supraconducteur d'onde s. Nous montrons que la polarisation de spin des degrés de liberté électroniques dans la fonction d'onde Majorana dépend du poids relatif du couplage spin-orbite Dresselhaus et Rashba. Nous étudions également les fermions de Majorana dans des jonctions linéaires longues supraconducteur-normal et supraconducteur-normal-supraconducteur (SNS) où ils apparaissent comme des états étendus dans la jonction normale. En outre, la géométrie d'anneaux peut être mise en correspondance avec une jonction SNS, et, sous l'action de gradients dans la phase supraconductrice, des fermions Majorana étendus se forment encore à l'intérieur du fil normal. Enfin, un modèle à deux bandes avec des fermions de Majorana multiples est traité. Nous démontrons que les jonctions Josephson construites à partir de ce modèle maintiennent l'une des signatures remarquables des fermions de Majorana, à savoir la périodicité 4π de l'effet Josephson fractionnaire. / This thesis follows two threads in the field of topological insulators and superconductors. The first part of the thesis is devoted to the study of two-dimensional quantum anomalous Hall insulators on a lattice, in the absence of an external magnetic flux, but induced by an inhomogeneous flux in the unit cell. The system possesses several gapped phases characterized by a topological invariant, the Chern number, that is related to the conductance carried by the edge states. Here we show that two-band models admit an arbitrary large number of Chern phases or, equivalently, an arbitrary number of edge states, by adding hopping between distant neighbor sites. This result is based on a formula proving that the Chern number of a band depends on certain properties of a finite set of points in the Brillouin zone, i.e. the Dirac points for the gapless system. These ideas are made more concrete in the study of a modified Haldane model, and also by creating an artificial model with five Chern phases, whose edge states are determined in detail. The second part of the thesis focuses on one-dimensional topological superconductors with exotic zero-energy edge states: the Majorana bound states. Here we investigate the presence of Majorana fermions in spin-orbit coupled semiconducting wire in proximity to an s-wave superconductor. We show that the spin-polarization of the electronic degrees of freedom in the Majorana wave function depends on the relative weight of Dresselhaus and Rashba spin-orbit couplings. We also investigate Majorana fermions in linear superconductor-normal and long superconductor-normal-superconductor (SNS) junctions where they appear as extended states in the normal junction. Furthermore, ring geometries can be mapped to an SNS junction, and, we have shown that under the action of superconducting phases gradients, extended Majorana fermions can form again inside the normal wire. Finally a two-band model with multiple Majorana fermions is treated and we show that Josephson junctions built from this model maintain the 4π periodicity for the fractional Josephson effect, one of Majorana fermions signatures.

Thesis (MScEng)--University of Stellenbosch, 2002. / ENGLISH ABSTRACT: High-temperature (HTc) SQUID magnetometers are used in the biomedical field of magnetocardiography (MCG). The use of MCG enables a much earlier diagnosis of potentially dangerous conditions than the use of electrocardiography (EeG). For the use of MCG, high-quality HTc SQUIDs are necessary. These SQUIDs can only be realised if the design and fabrication processes are well defined and understood. In this thesis an extensive literature review on the design process explains all the concepts necessary to understand and design a high-quality HTc SQUID. Then the fabrication process is redefined and characterised. The SQUIDs are fabricated with YBCO thin films on MgO substrates. The relevant steps in the process are the pulsed laser deposition (PLD), UV lithography and argon ion milling. The characterisation of the fabrication process is based on a statistical method called Design of Experiment (DOE). This enables more information to be obtained about the fabrication process than before. For the PLO process the important parameters are determined and an initial optimisation is done. During the characterisation process it is proven that the use of ozone during PLO has a positive effect on the quality of the YBCO thin film. On the PLD apparatus the substrate heater and laser-beam profile is improved. The UV lithography process is analysed and a DOE is proposed for optimisation. A temperature bath is added to the process to enable better reproducibility. An rf multicusp ion mill is built for argon-ion milling, this device is tested and shown to provide the required etching capability. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Hoë-temperatuur (HTc) SQUID magnetometers word in die biomediese rigting vir magnetokardiografie (MKG) gebruik. Met MKG kan 'n mens potensieel gevaarlike toestande heelwat vroeër diagnoseer as wat moontlik is met elektrokardiografie (EKG). HTc SQUIDs van hoë kwaliteit word benodig vir MKG. Sulke SQUIDs kan slegs vervaardig word as die vervaardiging en ontwerpsprosesse goed gedefinieer en verstaan word. In hierdie tesis verduidelik 'n omvattende literatuurstudie oor die ontwerpsproses al die konsepte wat nodig is om 'n SQUID van hoë kwaliteit te verstaan en te ontwerp. Verder word die vervaardigingsproses geherdefinieer en gekarakteriseer. Die SQUIDs word vervaardig met YBCO-dunfilm op MgO-substrate. Die relevante stappe tydens die vervaardiging is: gepulseerde laser deposisie (PLO), UV-litografie en argon-ioonstraling. Die karakterisering van die vervaardigingsproses is gebaseer op 'n statistiese metode genaamd "Design of Experiment" (DOE). Hierdie metode laat 'n mens toe om meer inligting oor die proses te verkry as wat voorheen moontlik was. Gedurende die karakterisering word bewys dat die gebruik van osoon gedurende die PLO-proses 'n positiewe invloed op die kwaliteit van die YBCO-dunfilm het. Die PLO-apparaat se substraatverwarmer en laserstraalprofiel word verbeter. Die UV-litografieproses word geanaliseer en 'n DOE word voorgestel vir die optimisering daarvan. Daar word 'n temperatuurbad by die proses gevoeg om die herhaalbaarheid te verbeter. 'n "Rf multicusp ion mill" word gebou, die toestel word getoets en daar word aangetoon dat dit die nodige etsvermoë het.

Ce manuscrit de thèse aborde les propriétés de transport hors-équilibre des systèmes mésoscopiques supra-conducteurs. Cette étude se décline en deux volets : i) la signature des fermions de Majorana dans les jonctionsJosephson topologiques, et ii) les corrélations du courant dans les jonctions Josephson tri-terminales.Les fermions de Majorana apparaissent aux bords d’un supraconducteur topologique. Lorsque deux supra-conducteurs topologiques sont reliés pour former une jonction Josephson, les états de Majorana d’énergie nullede part et d’autre de jonction forment un état lié d’Andreev. Puisque cet état porteur du supercourant est4π-périodique vis-à-vis de la différence de phase supraconductrice, il a été spéculé un effet Josephson fraction-naire en présence d’une tension de polarisation. On montre qu’une vitesse de phase finie induit un couplagedynamique entre l’état lié et le continuum des états au dessus de l’amplitude du gap supraconducteur. Ce cou-plage intrinsèque constitue un mécanisme inévitable qui altère l’effet Josephson fractionnaire. On discute, enfonction des paramètres du circuit, les signatures expérimentales pertinentes de l’effet Josephson fractionnaire :l’effet pair-impair dans les marches de Shapiro et l’émergence d’un pic à la fréquence fractionnaire dans la den-sité spectrale du bruit en courant. D’autres manifestations de ces états d’énergie nulle dans la caractéristiquecourant-tension, sous l’amplitude du paramètre d’ordre supraconducteur, sont également exposés.Dans un second temps sont abordées les fluctuations du courant dissipatif dans les jonctions Josephsontri-terminales. On montre que, les corrélations croisées du courant peuvent être positives et amplifiées dans unrégime cohérent. Ces résultats ouvrent la possibilité à des études plus élaborées sur l’enchevêtrement quantiquedans ces systèmes. / This PhD thesis manuscript deals with the non equilibrium transport properties of superconducting meso-scopic systems. This study declines in two shutters : i) signatures of Majorana fermions in topological Josephsonjunctions and ii) current-current correlations in three-terminal Josephson junctions.Majorana fermions appears at the boundaries of topological superconductors. When two topological su-perconductors are connected to form a Josephson junction, the zero-energy Majorana bound states localizedon either side of the junction form an Andreev bound state. As this current carrying state is 4π-periodic inthe superconducting phase difference, it was speculated that, at finite dc bias voltage, the junction exhibits afractional Josephson effect. We show that any finite phase velocity induces a dynamic coupling between thebound state and the continuum of states above the superconducting gap amplitude. This intrinsic couplingprovides an unavoidable mechanism that alters the fractional Josephson effect. We discuss, in terms of thecircuit parameters, signatures of the fractional Josephson effect that could be relevant for current experimen-tal investigations : the even-odd effect in Shapiro steps and the emergence of a peak at fractional Josephsonfrequency in the current noise spectrum. Furthermore, other manifestations of the Majorana bound states onthe subgap current-voltage characteristic are discussed.In a second step, we discuss the dissipative current fluctuations in three terminal Josephson junctions. Weshow that, current-current cross correlations can be positive and amplified in a coherent regime. This findingopens the possibility for further investigations on quantum entanglement in those systems

In this thesis, the single-level correlated quantum dot attached to two BCS superconducting leads is analyzed. A difference in the superconducting phases of the leads induces the DC Josephson supercurrent in the junction. In this setup, the influence of asymmetrical dot-lead couplings on transport properties is clarified analytically. The coupling asymmetry and the phase difference can be combined into one function, which allows us to calculate physical properties of a system with coupling asymmetry from the properties of its effective symmetric counterpart. The coupling asymmetry turns out to be an important parameter which influences the position of the 0 − �෰ quantum phase transition even in the strongly correlated Kondo regime. Further, this thesis contributes to the interpretation of an AC Josephson current measurement, in which a surprising drop in the amplitude was observed in the Kondo regime. The experimental setup is characterized using numerical renormalization group calculations of the equilibrium many-body spectra. Possible quantum-point-contact- based interpretations are discussed. Although a drop in the AC Josephson current at the experimental bias voltage is also expected in a quantum point contact, we conclude that the physical mechanisms causing it in the quantum dot system are likely not...

Introduction. Defect-induced superconductivity is an important phenomenon manifested in triggering the superconducting state due to defects and disorder in the material lattice. Promising materials for this investigation are carbon-based. Josephson behavior has been reported in 1974 for a disordered graphite powder, which is considered to be the first hint of a room temperature graphite-based superconductor. Theoretical and experimental studies support the idea that certain two-dimensional stacking faults (SFs) in the semiconducting matrix contribute to the granular superconducting-like behavior of graphene-based materials. Hints for the existence of high-temperature superconductivity at certain SFs in graphite were demonstrated. This phenomenon is considered to be caused by flat band regions at the SF. Especially the SFs between Bernal and rhombohedral stacking orders (without any twist angle around the common c-axis) have the largest probability to show robust superconductivity due to an extended and robust flat band behavior. In this work, a permanent current path in graphite, after the application of a magnetic field, is investigated to show clear evidence for the existence of room temperature superconductivity (RTS). Preliminary results for the existence of such permanent current path were obtained with magnetic force microscopy (MFM) and published a few years ago. Thus, the objectives of this work are to investigate trapped magnetic flux with magnetic force microscopy, to reveal the reasons for the difficulties of finding such permanent current path in the remanent state of the sample and to give an additional hints to the semiconducting behavior and energy gaps of an ideal graphite using a new PF-TUNA method. Summary. The experimental pre-characterization of graphite samples was conducted using XRD and Raman spectroscopy. The spectra show well-ordered structure of the samples with a sufficient content of the rhombohedral phase. The grounded samples were examined with PF-TUNA mode at bias voltages applied between the conductive tip and the sample surface. The samples with Bernal phase and with mixed phases showed semiconductor-like behavior. Using the semiconductor model, the obtained simulations of registered I-V curves could estimate the energy gap in a range from 12 to 37 meV. This is in a good agreement with the values of energy gaps, observed in transport measurements. Additionally, the shift in the position of the minimum of the tunneling conductance was explained by the tip-induced band bending. The results of this thesis confirm the existence of the peak in the density of states, that is correlated to the flat band in a sufficiently thick multigraphene flake with a 3R stacking order (thickness should be much greater than 3 nm to observe it) at room temperature and the existence of the trapped magnetic flux, expulsed by the weakly coupled superconducting patches in the natural graphite sample. The trapped flux was identified and examined by MFM measurements at the surface of natural graphite sample in the remanent state. Therefore, we successfully reproduced the results reported in and performed field and time dependent measurements, that prove the superconducting origin of this phenomena. The modeling of the MFM signal was done according to the monopole tip approximation. The value of the permanent current was estimated in the range of 0.2 μA to 6 μA, which is consistent with literature. An accidental scratch on the sample surface allowed us to estimate the depth of the aforementioned superconducting patches, ≲ 10 nm, and gave additional evidence to its origin by changing the route due to the superconducting patches nearby. This investigation provides hints for room temperature superconductivity at certain SFs in graphite and clarifies the reasons for the difficulties of the trapped flux identification in graphite. Further research should be focus on the identification of the permanent currents by MFM at lower temperatures. Moreover, it would be helpful to understand, how to artificially produce extended SFs. Finally, it should be noted, that additional measurements should be performed in order to clarify the field dependence of trapped magnetic flux in graphite and the role of Pearl vortices. Collaboration and External Contributions. This work was conducted under the supervision of Prof. Dr. Pablo Esquinazi, Felix-Bloch-Institute for solid state physics, Division of Superconductivity and Magnetism, University of Leipzig. STEM images were made by Dr. W. Bölmann, University of Leipzig. X-ray diffraction was made by Mr. O. Baehre and Mr. T. Muenster at Institute of Mineralogy, Crystallography and Materials Science at the University of Leipzig. The Raman spectra were recorded by Mr. Tom Venus and Dr. Irina Estrela-Lopis, Institute of Medical Physics and Biophysics, University of Leipzig. The natural graphite samples from Brazil were provided by Prof. Dr. Ana Melva Champi Farfan from Universidade Federal do ABC in Santo Andre, Sao Paulo, Brazil. The natural graphite from Sri-Lanka by Mr. Henning Beth from Golden Bowerbird Pty Ltd. in Mullumbimby, Australia. The magnetoresistance measurement of a natural graphite sample from Sri-Lanka was performed by Dr. Christian E. Precker, AIMEN Technology Centre, Smart Systems and Smart Manufacturing, Artificial Intelligence and Data Analytics Laboratory, PI. Cataboi, Pontevedra, Spain. The calculations, related to modeling of the tunneling current based on the tip-induced band bending, were performed by Dr. Michael Schnedler, Peter Gruenberg Institut, Forschungszentrum Juelich.

Dans cette thèse d'habilitation, nous considérons plusieurs aspects du transport à travers une molécule unique, connectée à des bornes de métal normal ou à des bornes supraconductrices. <br />L'emphase à été mise sur la détection des signatures les plus marquantes du transport cohérent à travers les molécules, ainsi que sur la compréhension des problèmes de corrélations (problème à N corps) sur la dynamique de ces systèmes, provenant des degrés de liberté internes (vibrations, spin,...) du conducteur et affectant le passage du courant.<br /><br />En ce qui concerne le transport dans le régime normal à travers une molécule qui vibre (un nanotube de carbone suspendu par ses extrémités), nous avons procédé à une étude détaillée de la conductance différentielle négative (CDN) qui est observée dans ces dispositifs. En supposant des contacts tunnel, tel que les électrons qui s'échappent dans les bornes effectivement perdent leur cohérence de phase (c'est-à-dire à haute température), <br />nous avons dérivé les équations cinétiques dans lesquelles la nature quantique de l'interaction électron-phonon au sein du point quantique moléculaire est prise en compte sans approximations (formation de polaron sur le point quantique moléculaire). Le fait que la conductance différentielle soit positive ou négative dépend de la position du niveau polaronique et de l'occupation des pics satellites associés au nombre d'occupation des phonons, qui sont compris entre la tension de source et de drain des électrodes. La CDN <br />apparaît lorsque deux de ces pics satellites entrent en compétition dans le transport, et constitue une signature des effets hors équilibres associés au vibrations de la molécule. Nous avons clairement montré que pour des couplages tunnels asymétriques (situation qui correspond à la géométrie des expériences sur le domaine), on observe un CDN pour un vaste domaine de paramètres. Nous avons également exploré les effets de navette électronique, ou <br />le déplacement de la molécule entre en compte dans l'Hamiltonien tunnel, qui peuvent être détectés en regardant l'asymétrie des courbes courant tension. Bien que le mécanisme de navette tend à renforcer la CDN, il n'est toutefois pas suffisant pour y donner lieu sans hypothèses sur la valeur relative des couplages tunnels. <br /><br />Nous avons également étudié le transport dans le régime normal à travers un point quantique moléculaire dans le cas d'un couplage fort aux contacts, mais loin du régime Kondo. En utilisant l'approche hors équilibre des fonctions de Green dans la représentation du polaron, nous sommes allés au delà du régime perturbatif pour calculer la caractéristique courant tension dans le régime de couplage électron-phonon intermédiaire. Nous avons montré qu'en accroissant le couplage tunnel au contacts, les corrélations associées au nuage de polaron deviennent très importantes à haute température, et donnent lieu à une réduction dramatique de l'élargissement des pics la densité d'états de la molécule. Nous proposons une détection de ces phénomènes par la mesure de la conductance différentielle, tout en variant la température locale de la molécule (nanotube de carbone). On note qu' en présence d'un environnement dissipatif les pic satellites dus aux phonons devraient acquérir un élargissement additionnel. L'inclusion des effets d'amortissement des modes phononiques constituerait une extension de ce travail. <br /><br />Dans cette thèse, nous avons également abordé le problème du transport cohérent en présence de phonons, dans un système moléculaire connecté à des contacts supraconducteurs. Nous avons calculé le courant DC (partie du courant stationnaire) pour toutes les valeurs de la tension à l'aide de l'approche des fonctions de Green Keldysh, pour une fréquence de vibration arbitraire, mais dans le régime du couplage faible électron-phonon. Nos principaux résultats sont les suivants : i) dans le régime sous le gap $eV<\Delta$, les processus de réflexions multiples d'Andreev (MAR) sont accompagnés de processus d'émission/absorption de phonons et donne lieu à une structure très riche près des valeurs de tension ou le nombre <br />de réflexions d'Andreev changent d'une unité (ces tensions sont appelées les « MAR onsets »). On observe alors un effet pair impair ou le courant est augmenté/diminué suivant la transition de « MAR onset » (entre pair/impair et vice versa). Ces phénomènes trouvent un interprétation physique en comparant avec la théorie de la diffusion de Buttiker-Landauer, adaptée au contacts supraconducteurs, une théorie connue sous le nom d' « échelle de MAR ». A l'équilibre $V=0$, nous avons obtenu des résultats analytiques pour le courant Josephson dans la limite adiabatique ou la fréquence de vibration est faible comparée au gap supraconducteur, qui est interprétée en terme des états liés d'Andreev avec une transparence aux contacts renormalisée par les phonons. Pour le futur, une extension de cette théorie au calcul du bruit (fonction de corrélation courant-courant) est envisagée. Le bruit peut en effet procurer une information supplémentaire sur la charge transmise à travers la jonction, et il serait intéressant d'étudier l'effet des phonons dans ce cadre. <br /><br />Nous avons également considéré le cas des contacts supraconducteurs, mais cette fois pour les interactions fortes, et uniquement à l'équilibre ou le courant Josephson dépend de la différence de phase entre les deux supraconducteurs. Cette fois on s'intéresse à un diagnostique sur l'état des phonons sur le point quantique moléculaire. Nous trouvons que pour le régime de faible couplage tunnel, des états non-classiques de type « chat de Schrodinger » (une superposition d'états cohérents opposés) sont associés aux états du courant et donc aux liés d'Andreev dans la jonction. Ces états non classiques peuvent être <br />explicités en procédant à une mesure projective du courant. Pour des contacts transparents, nous avons montré que l'effet Josephson génère des fluctuations de phonon cohérentes, et induit des états quantiques « comprimés » de phonon, analogues aux états « comprimés » de photons en optique quantique : l'impulsion canoniquement conjuguée à la distorsion de la molécule possède des fluctuations inférieures a la valeur minimale habituelle de fluctuations du point zéro. La compression d'états de phonons s'observe pour une grande plage de paramètres : elle est contrôlée par la différence de phase et devient maximale près de la transition de polaron. La détection expérimentale de tels états comprimés pourrait être effectuée en nanoélectronique à l'aide de nanotubes suspendus. Il faudrait recourir à un diagnostique optique tel que l'effet Raman résonant, pour démonter l'existence de ces états de phonons non-classiques. <br /><br />Une autre manière d'explorer les phénomènes cohérents dans le cadre du transport Josephson <br />est d'étudier les situations ou les degrés de liberté de spin des électrons du point quantique moléculaire et des électrodes sont importants. Nous avons donc calculé le courant Josephson <br />à travers un point quantique moléculaire doté d'un grand spin, qui possède une interaction d'échange avec l'électron du point quantique. Ce couplage d'échange peut donner lieu à une transition à l'état pi de la jonction (relation courant phase opposée par rapport a une jonction normale, de phase 0). La contribution relative du courant provenant des états liés d'Andreev <br />et du continuum détermine si la jonction est dans l'état 0 ou l'état pi. Un débouché possible de cette étude est d'étudier les effets de décohérence, et de rétroaction du supercourant sur la dynamique du spin moléculaire. <br /><br />Dans un autre contexte, les effets de spin associé au courant Josephson ont été étudiés pour un point quantique possédant plusieurs nivaux, et sujet à l'interaction spin orbite Rashba et Dresselhaus. Pour un point quantique ne possédant qu'un seul niveau les effet du couplage spin orbite sont inexistants en l'absence d'un champ magnétique externe. En présence de ce dernier, le courant de ce point quantique possède des oscillations de type Datta Das en fonction du paramètre de couplage spin orbite multiplié par la longueur du point quantique.<br />Ces oscillations ont une amplitude de quelques dixièmes du courant nominal Josephson, et pourraient donc être observées expérimentalement. Le cas d'un point quantique possédant plusieurs niveaux est plus intéressant. Pour un point quantique à deux niveaux en particulier, <br />Le courant possède une dépendance sur le couplage spin orbite même en l'absence de champ magnétique. Le supercourant possède des maxima et des minima marqués pour certaines valeurs de ce couplage. Leur observation constituerait une première évidence du fonctionnement d'un transistor à effet spin orbite dont les bornes sont supraconductrices. <br />Dans le futur il serait intéressant d'inclure les interactions Coulombiennes sur le dot. <br /><br />Nous avons développé en parallèle une théorie pour modéliser un bit quantique basé sur les états liés d'Andreev : un dispositif constitué d'un SQUID (dispositif d'interférométrie supraconducteur) et d'un contact ponctuel supraconducteur, combinant donc un circuit macroscopique et microscopique. Le contact ponctuel – qui implique une transparence<br />elevée entre les contacts, peut être vu comme un point quantique qui contient deux états fermioniques localisés, à leur tout couplés à la dynamique de la phase supraconductrice<br />(un mode bosonique local). Nous avons étudié la décohérence de ce bit quantique d'Andreev, associée à un couplage des électrons des contacts avec des modes de phonons acoustiques. La nature fermionique des nivaux d'Andreev n'affecte pas le pilotage du bit quantique, mais elle joue un rôle important en ce qui concerne sa décohérence : la relaxation et le déphasage induit <br />suivent une loi de puissance dans le temps plutôt qu'une exponentielle. De plus, nous avons trouvé que le taux de transition entre les nivaux du bit quantique, induit par les transition phononiques est réduit de manière considérable comparé au taux de transition électron-phonon dans les contacts : l'étalement de la fonction d'onde de ses niveaux dans les contacts <br />réduit l'espace de phase disponible pour ces transitions assistées par les phonons. <br /><br />Dans une étude séparée, nous nous sommes intéressé à la mesure du bruit à haute fréquence ainsi qu'a celle des moments supérieurs du courant, à l'aide d'un circuit résonant en présence de dissipation. Le circuit résonant est couplé à un circuit mésoscopique placé dans le régime cohérent. L'information sur les moments supérieurs du courant est codée dans les histogrammes de la charge du condensateur du circuit résonant. La dissipation est prise en compte par le modèle de Caldeira Leggett, et il est essentielle de l'inclure pour obtenir des fluctuations de charge (donc un bruit mesuré) finies. Nous identifions également quelle <br />Combinaison des corrélateurs de courant entrent dans l'expression du troisième moment mesuré. Ce dernier fait appel à la même susceptibilité généralisée que pour le bruit mesuré, mais elle ne diverge pas dans la limite d'un circuit non dissipatif. Les prédictions sur la mesure de ces quantités sont testées pour le cas du bruit émanant d'un contact ponctuel.