Développement d’un AFM-STM pour la spectroscopie électronique haute résolution de nanocircuits : application à l’effet de proximité supraconducteur

La spectroscopie electronique basee sur l’effet tunnel donne acces a la densite d’etats des electrons (DoS) dans les materiaux conducteurs, et renseigne ainsi en detail sur leurs proprietes electroniques. Au cours de cette these, nous avons developpe un microscope permettant d’effectuer la spectroscopie tunnel resolue spatialement (10 nm) de nanocircuits individuels, avec une resolution en energie inegalee (10 µeV). Cet appareil combine les fonctions de Microscopie par Force Atomique (mode AFM) et de spectroscopie Tunnel locale (mode STM), et fonctionne a 30 mK. Dans le mode AFM, la topographie de l’echantillon est imagee grâce a un diapason en quartz piezoelectrique, ce qui permet de reperer les circuits. La spectroscopie tunnel peut ensuite etre faite sur les zones conductrices. Avec ce microscope, nous avons mesure la DoS locale dans une structure hybride Supraconducteur-metal Normal-Supraconducteur (S-N-S). Dans un tel circuit, les proprietes electroniques de N et de S sont modifiees par l’effet de proximite supraconducteur. Notamment, pour des fils N courts, nous avons pu observer -comme predit- la presence d’un gap dans sa DoS, independant de la position dans la structure : le “minigap”. De plus, en modulant la phase supraconductrice entre les deux S, nous avons mesure la modification de ce gap, et sa disparition lorsque la difference de phase vaut p. Nos resultats experimentaux pour la DoS, ainsi que ses dependances en phase, en position, et en longueur de N sont en accord quantitatif avec les predictions de la theorie quasiclassique de la supraconductivite. Certaines de ces predictions sont observees pour la premiere fois.