The study of electrons in low dimensions is a field which has yielded incredible insights in the past decades from the Fractional Quantum Hall Effect to Wigner Crystallization. In recent years, interest has grown from studying the fundamental physics of two dimensional conductors to engineering experimental new states using nanotechnology techniques. We now have the capability to create high quality one and zero dimensional devices, that is, quantum wires and quantum dots. At very low temperatures, quantum physics dominates the behavior of these devices causing new properties to emerge, due to enhanced electron-electron interactions, spin-orbit interactions and many other effects. These new properties are the result of the interaction of ensembles of quantum particles and cannot be understood by classical intuition. Not only are there exciting new physics to be discovered at low dimensions, but there are promising applications on the horizon.Electrons constrained to one dimension are predicted to enter a state known as the Luttinger liquid. While there exists strong evidence for the observation of the Luttinger liquid already, it is still an area of highly active study. Furthermore, it has been predicted that interactions between helically ordered nuclear spins in GaAs and a Luttinger liquid state could results in a nuclear spin feedback effect which would result in distinct experimental observations. Not only would this state provide clear evidence of Luttinger liquid behavior, but it has potential to support sought-after Majorana fermions which have applications in quantum information processing.This project consisted of the fabrication of GaAs/AlGaAs quantum wires samples in collaboration with Sandia National Laboratories with varying parameters such as length and well-depth. We then performed detailed electronic transport measurements at low temperature to identify promising quantum wire samples. Good samples were cooled further to 300 mK where some quantization of conductance was observed. It was determined that to reach lower electronic temperatures, filtering was required. To this end, low temperature filtered samples holders were designed, constructed and characterized. The filtered sample holders resulted in superior observations to unfiltered samples, likely reflecting a lower electron temperature. Using our best sample with filters, we then performed resistively-detected nuclear magnetic resonance experiments, probing the interaction between the electrons and the nuclear spins in quantum wires. While the predicted state was not observed, the groundwork for such an experiment is complete and its expected that a sufficiently high quality sample will display the signature behavior with current methodology. / L'étude des électrons dans de faibles dimensions est un domaine qui a donné un aperçu incroyable dans les dernières décennies du Effet Hall quantique fractionnaire de Wigner cristallisation . Au cours des dernières années, l'intérêt s'est développé à partir de l'étude de la physique fondamentale des deux conducteurs dimensions à l'ingénierie expérimentale nouveaux Etats à l'aide de techniques de la nanotechnologie . Nous avons maintenant la possibilité de créer de haute qualité et un zéro dispositifs dimensions , c'est- fils quantiques et boîtes quantiques . A des températures très basses , la physique quantique domine le comportement de ces dispositifs provoquant de nouvelles propriétés émergent , en raison des interactions entre électrons améliorées , les interactions spin-orbite et de nombreux autres effets. Ces nouvelles propriétés sont le résultat de l'interaction des ensembles de particules quantiques et ne peuvent être compris par intuition classique. Non seulement la nouvelle physique y passionnants à découvrir à basse dimensions , mais il ya des applications prometteuses à l'horizon.Les électrons contraints à une dimension sont prévus pour entrer dans un état connu comme le liquide de Luttinger . Bien qu'il existe des preuves solides pour l'observation du liquide de Luttinger déjà , il est encore un domaine d'étude très active. En outre, il a été prévu que les interactions entre les spins nucléaires hélice commandés en GaAs et un état liquide de Luttinger pourraient se traduit par un effet de rétroaction des spins nucléaires qui se traduiraient par des observations expérimentales distinctes. Non seulement cet état de fournir des preuves claires de comportement de type liquide de Luttinger , mais il a le potentiel pour soutenir convoités fermions de Majorana qui ont des applications dans le traitement de l'information quantique. Ce projet consistait en la fabrication de GaAs / AlGaAs quantum fils échantillons en collaboration avec Sandia National Laboratories avec des paramètres tels que la longueur et le bien- profondeur variable. Nous avons ensuite effectué des mesures détaillées de transport électronique à basse température pour identifier les échantillons de fils quantiques prometteurs. Bonne échantillons ont été refroidis à la suite de 300 mK où on a observé une certaine quantification de la conductance . Il a été déterminé que, pour atteindre des températures inférieures électroniques , le filtrage est nécessaire. À cette fin , à basse température filtrées porte-échantillons ont été conçus, construits et caractérisé. Les porte-échantillons filtrés ont donné lieu à des observations supérieures aux échantillons non filtrés , ce qui reflète probablement une température d'électrons inférieure. Grâce à notre meilleur échantillon de filtres , puis nous avons effectué des expériences de résonance magnétique nucléaire résistivement - détectés , sonder l'interaction entre les électrons et les spins nucléaires dans les fils quantiques. Alors que l'état prédit n'a pas été observée , les bases d' une telle expérience est complète et sa s'attend à ce qu'un échantillon suffisamment haute qualité affichera le comportement de signature avec la méthodologie actuelle .
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121557 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Evert, Abraham |
| Contributors | Guillaume Gervais (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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