Flip-chip fabry-perot electron interferometer

The fractional quantum Hall effect (FQHE) is well understood in within the composite fermions picture : in 2+1 dimensions, a change in the topology of electron configuration space leads to the emergence of anyons, quasiparticles with fractional exchange statistics ranging between Bose-Einstein and Fermi-Dirac. These composite fermions, made of electrons bound to magnetic flux quanta in a ratio expressed by the filling factor, act as charge carriers in two-dimensional electron gases (2DEG) and give rise to exotic Hall magnetoresistance quantization. However, the elusive filling factor 5/2 state of the FQHE seems to contain additional structure from which an even more peculiar behaviour could arise. The excitations of this state are speculated to display non-abelian braiding statistics, an aspect which raised significant interest due to possible Majorana-like quantum computing applications.In order to probe the statistics of the 5/2 state and verify if it has a non-abelian nature, it has been suggested to conduct interferometry experiments in which quasiparticles are undergoing braiding operations. Such experiments have been used in other states of the FQHE, confirming the existence of anyons and fractional statistics. Despite sustained effort, it has not yet been possible to achieve convincing interference measurements in the 5/2. The difficulty of this task is explained by the extreme fragility of the state, which appears only in pure ultra-high mobility 2DEG samples. It is believed, in addition, that the nanofabrication of interferometers on these substrates can induce impurities, notably through e-beam lithography, making it difficult to observe strong 5/2 features. To tackle the fragility of the 5/2 state, this research proposed to implement a flip-chip Fabry-Perot interferometer. The idea behind the flip-chip method is to fabricate the interferometers on separate substrates and to flip them on the 2DEG samples, as if they had originally been patterned on them. This approach leaves the 2DEG in pristine condition, hopefully increasing the chances of conducting convincing interferometry experiments. At this point, it has been possible to demonstrate that the flip-chip method works for low-dimensional transport experiments. Quantum point contacts (QPCs) mounted in flip-chip configuration could reproduce the characteristic 2DEG conductance pinch-off and quantization. Interferometers could be unmounted and retested on different 2DEGs, maximizing the nanofabrication yield. Signs of what could possibly be quantum interference of electrons have also been observed, although not on 2DEGs of high enough mobility to study the 5/2 state.L'effet Hall quantique fractionnaire (EHQF) est aujourd'hui bien compris dans le cadre du modèle des fermions composites: en 2+1 dimensions, la topologie de l'espace de configuration des électrons change et entraine l'émergence de ce que l'on nomme des anyons, des quasiparticules dont l'interversion est décrite par des statistiques fractionnaires à mi-chemin entre les statistiques de Bose-Einstein et Fermi-Dirac. Ces fermions composites, faits d'électrons attachés à un certain nombre de quanta de flux magnétique, agissent à titre de porteur de charge dans les gaz d'électrons bidimensionnels (2DEG) et donnent lieu à une quantification exotique de la magnétorésistance de Hall. Néanmoins, l'énigmatique état 5/2 de l'EHQF semble détenir une structure additionnelle, de laquelle surgirait une propriété encore plus particulière. Il est spéculé que les quasiparticules de l'état 5/ 2 soient régies par des statistiques d'échange non-abéliennes, un aspect qui a soulevé l'attention en raison de la possibilité d'effectuer des opérations de calcul quantique au même titre qu'avec les particules théoriques de Majorana. Dans le but d'étudier les statistiques d'échange de l'état 5/2 et de vérifier si celles-ci sont de nature non-abélienne, il a été suggéré d'entreprendre des expériences d'interférométrie au cours desquelles les quasiparticules sont soumises à des opérations de tressage. De telles expériences ont été réalisées dans d'autres états de l'EHQF, et ont confirmé l'existence des anyons et statistiques fractionnaires. En dépit d'efforts soutenus, il n'a toujours pas été possible d'effectuer des mesures d'interférométrie dans l'état 5/2 de manière convaincante. La difficulté de cette tâche s'explique par l'extrême fragilité de l'état, qui ne se manifeste que dans les échantillons 2DEG de grande pureté et mobilité. De plus, nous croyons que certaines étapes impliquées dans la nanofabrication d'interféromètres, notamment la lithographie à faisceau d'électrons, introduit des impuretés qui rendent difficile l'observation de l'état 5/2.Pour surmonter cette difficulté, ce projet de recherche propose de mettre en place des interféromètres de Fabry-Pérot en utilisant une configuration de puce retournée. L'idée derrière la puce retournée est de fabriquer des interféromètres sur un substrat à part, et de les retourner sur la surface des échantillons 2DEG comme s'ils avaient été créés sur ceux-ci à l'origine. Cette approche offre l'avantage de laisser les échantillons 2DEG dans une condition impeccable, ce qui, nous l'espérons, augmente les changes de pouvoir observer des interférences quantiques. À ce jour, il a été possible de démontrer que la méthode de la puce retournée fonctionne pour réaliser des expériences de transport électronique à basse dimension. Un point de contact quantique (QPC) retournée a pu reproduire avec succès les caractéristiques pincement et quantification de la conductance d'un 2DEG. Certains interféromètres ont pu être démontés et testés de nouveau sur différents échantillons, maximisant ainsi le taux de succès de la nanofabrication. De plus, des indices de ce qui pourrait s'avérer être des interférences d'électrons ont été observés, quoique ceux-ci se manifestent dans des échantillons 2DEG de qualité inférieure qui ne permettent pas l'étude de l'état 5/2