Conversion thermoélectrique à basse température dans des nano-fils désordonnés et des cavités quantiques chaotiques : l’intérêt des bords de spectres

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Dans cet exposé, nous discuterons l'efficacité de la conversion thermoélectrique dans des nanofils semi-conducteurs dopés munis d'une grille permettant de varier la densité des porteurs. Nous montrerons d'abord d'anciens résultats expérimentaux de M. Sanquer et collaborateurs [1] qui indiquent l'intérêt de se placer vers les bords de la bande d'impuretés quand on prend des nanofils à très basse température (régime élastique où le transport quantique reste cohérent). Nous donnerons ensuite des résultats théoriques récents [2] décrivant la conversion thermoélectrique dans ce régime pour des chaines désordonnées où les états électroniques sont localisés. Le coefficient Seebeck typique et ses fluctuations d'échantillon à échantillon seront données, depuis le centre de la bande d'impuretés jusqu'à ses bords. Dans ce même régime élastique, nous décrirons ensuite la distribution du coefficient Seebeck pour des cavités où la dynamique classique est chaotique [3, 4]. Nous verrons que ces distributions sont universelles et diffèrent suivant que l'énergie de Fermi sonde le cœur ou les bords du spectre de la cavité. Enfin, nous considèrerons les nanofils désordonnés dans un régime de température intermédiaire où le transport devient inélastique et activé (régime de Mott de saut à portée variable). En utilisant des travaux récents de Y. Imry et collaborateurs [5] sur les verres d'électrons, nous verrons que l'intérêt de se placer vers les bords de la bande d'impuretés demeure en régime activé. Enfin, nous montrerons que des mesures récentes faites par le groupe de P. Kim [6] à Columbia dans des nanofils de silicium et de germanium/silicium confirment que cet intérêt subsiste à température ambiante.

References

[1] "Tunneling and interferences in very small GaAs metal-semiconductor field-effect transistor", W. Poirier, D. Mailly and M. Sanquer, Phys. Rev. B 59, 10856 (1999).

[2] "Gate-modulated thermoelectric conversion in disordered nanowires : I Low temperature coherent regime" (arXiv:1310.4923) and "II Activated inelastic regimes" (preprint), Riccardo Bosisio, Geneviève Fleury and Jean-Louis Pichard.

[3] "Thermopower of single-channel disordered and chaotic conductors", S. A. van Langen, P. G. Silvestrov and C.W.J. Beenakker, Supperlattices Microstruct. 23, 691 (1998).

[4] "Delay-time and thermopower distributions at the spectrum edges of a chaotic scatterer", Adel About, Geneviève Fleury and Jean-Louis Pichard, Phys. Reb. B 87, 115147 (2013).

[5] "Variable range hopping in the Coulomb glass", Ariel Amir, Yuval Oreg and Yoseph Imry", Phys. Rev. B 80, 245214 (2009).

[6] "Electric field effect thermoelectric transport in individual silicon and silicon/germanium nanowires" Yuri. M. Browman, Joshua P. Small, Yongjie Hu, Ying Fang, Charles M. Liebert and Philipp Kim, arXiv:1307.0241v1.