Développement d’un banc de mesure à effet Hall - Magnétorésistance

L’étude des propriétés électroniques de la matière nécessite le développement de bancs de mesure capables de contrôler précisément les conditions expérimentales et l’instrumentation nécessaires à la réalisation d’expériences scientifiques. Dans le domaine du transport électronique, les chercheurs ont développé ces dernières décennies des techniques capables de caractériser de manière quantitative certains paramètres clés des matériaux, comme leur résistivité, leur mobilité électronique et leur concentration de porteur de charge. L’utilisation de l’effet Hall découvert par Edwin H. Hall en 1879 [1] combinée à des mesures électriques et un moyen rapide et efficace de déterminer ces propriétés. Devenue standard aujourd’hui pour la caractérisation de semiconducteurs, cette technique s’est développée et est appliquée pour étudier une large variété de matériaux (métaux, semiconducteurs, supraconducteurs, isolants topologiques...), et ce développement a également permis de démontrer et d’explorer de nouveaux phénomènes physiques comme l’effet Hall quantique entier [2] et l’effet Hall fractionnaire [3], l’effet Hall de Spin [4] etc…

Ces progrès en termes de recherches expérimentales sur les matériaux et la physique ont été favorisés par un grand nombre de progrès techniques. Pour menez ces expériences, les chercheurs utilisent désormais des systèmes offrant un contrôle précis de l’environnement de l’échantillon mesuré (géométrie, température, pression), avec la possibilité de mesurer des signaux extrêmement fins (diminution du bruit, augmentation de la résolution) tout en lui appliquant des conditions extrêmes (champ magnétique contrôlé de plusieurs dizaines de teslas). Au LAAS, nous nous intéressons aux propriétés électroniques du BiSb (antimoniure de bismuth), le premier matériau démontré comme étant un isolant topologique. Le matériau est conçu par épitaxies par jets moléculaires et les échantillons (barres de Hall) sont fabriqués avec les moyens techniques de la salle blanche (lithographie électronique et optique, gravure RIE…).

L’objectif de ce projet est de développer un banc de mesure capables de réaliser des expériences de Hall et de magnétorésistance sur ces échantillons. Le système développé devra permettre le contrôle et la mesure de plusieurs paramètres expérimentaux. L’échantillon est positionné à l’intérieur d’un cryostat (contrôle de la pression et de la température) lui-même positionné dans l’entrefer d’un électro-aimant (contrôle du champ magnétique avec une alimentation de courant, mesure avec un Gaussmètre), dont l’échauffement sera contrôlé (mesure de la température des 4 bobines). Le système devra réaliser les différentes mesures électriques (contrôle de source-mètres) selon une séquence préalablement définie (automatisation des mesures).

Le(la) candidat(e) aura la charge de développer un programme sous LabVIEW permettant le contrôle des différents instruments nécessaires, de permettre à l’utilisateur d’établir une séquence de mesures automatisée et d’extraire les paramètres physiques recherchés à partir des données expérimentales. Les différents équipements sont déjà disponibles au laboratoire, la plateforme de caractérisation électrique bénéficiant support du service I2C (Instrumentation Conception Caractérisation).

Profil recherché :

Ce stage s’adresse à un(e) étudiant(e) souhaitant se spécialiser dans l’instrumentation. Une expérience en programmation est souhaitée, des connaissances en LabVIEW seraient appréciées. L’étudiant(e) devra avoir un attrait pour la physique et l’expérimentation. Il/elle devra être méticuleux(se), organisé(e) et faire preuve d’initiative et d’autonomie.