UPMC - 4 place Jussieu. 75005 Paris - Amphithéâtre Charpak (tour 22-23 niveau Saint Bernard)

Gerbold Ménard, doctorant dans l’équipe « Spectroscopie des nouveaux états quantiques »

Supraconducteurs bidimensionnels perturbés par un magnétisme local : des états liés de Yu-Shiba-Rusinov aux quasiparticules de Majorana

a. État lié de Yu-Shiba-Rusinov imagé par spectroscopie tunnel au niveau de Fermi autour d’une impureté de fer dans 2H-NbSe2. b. Dépendance radial d’un état lié dispersif de Majorana dans une monocouche de Pb/Si(111).

L’un des buts de la physique de la matière condensée est à l’heure actuelle de fournir de nouveaux systèmes topologiques en particulier dans le domaine de la supraconductivité. L’une des manières envisagée pour générer des supraconducteurs topologiques est d’utiliser une interaction magnétique locale sous la forme de chaînes d’impuretés magnétiques, de vortex ou de clusters d’impuretés magnétiques ordonnées. Dans cette thèse nous avons étudié un ensemble d’effets en partant de l’étude d’impuretés individuelles en allant jusqu’aux clusters organisés en interaction avec un supraconducteur bidimensionnel. En utilisant la microscopie et la spectroscopie tunnel nous avons étudié des monocrystaux de 2H-NbSe2 ainsi que les monocouches de Pb/Si(111). En raison du caractère électronique bi-dimensionnel de ces deux systèmes nous avons pu montrer que l’étendue spatiale des états liés induits par des impuretés magnétiques était considérablement augmentée en comparaison avec les supraconducteurs tridimensionnels. En combinant ces atomes magnétiques par auto-assemblage nous sommes parvenus à réaliser des clusters ferromagnétiques qui génèrent une supraconductivité topologique dans la monocouche de Pb. Nous présentons en particulier ici la mesure d’états de bords topologiques à l’interface entre Pb/Si(111) et Pb/Co/Si(111). Nous présentons également la mesure d’états liés à zéro énergie au centre de clusters magnétiques signant la présence de fermions de Majorana dans ces systèmes. Nos résultats montrent qu’une structuration adéquate des surfaces permet de réaliser des patchs topologiques et appellent à une continuation des efforts de recherche sur ce sujet afin de pouvoir contrôler les fermions de Majorana observés qui sont susceptibles de conduire à des percées futures dans le domaine de l’informatique quantique.

Composition du jury

Jean-Marc Berroir, Président de Jury
Jean-Pascal Brison, Examinateur
Tristan Cren, Directeur de thèse
Laurent Limot, Rapporteur
Vincent Repain, Examinateur
Dimitri Roditchev, Directeur de thèse
Peter Wahl, Rapporteur