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Kévin Le Calvez

Signatures d'un mode lié d'Andreev 4pi périodique dans des jonctions Josephson topologiques

Publié le 12 avril 2017


Thèse soutenue le 12 avril 2017 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique / Nanoscience

Résumé :
Les isolants topologiques 3D sont un nouvel état de la matière décrit par un volume isolant électriquement et recouvert par des états de surface métalliques. Une jonction Josephson topologique (TJJ) formée autour de ces états de surface peut théoriquement contenir un mode lié d’Andreev ayant une périodicité doublée par rapport aux modes liés d’Andreev conventionnels 2π périodiques. Le mode d’Andreev 4π périodique serait la brique élémentaire de l’ordinateur quantique topologique. Ainsi, nous étudions la dynamique de ce mode particulier lors de mesures de Shapiro sur des jonctions Josephson fabriquées sur des isolants topologiques à base de bismuth. Afin d’identifier les effets d’un mode 4π-périodique dans une mesure de Shapiro, nous utilisons un model phénoménologique permettant de simuler la caractéristique courant-tension d’une TJJ lors de telles mesures. Nous prédisons deux signatures du mode 4π-périodique et estimons leur robustesse face aux effets de chauffage par effet Joule et face à un modèle d’empoisonnement thermiquement activé du mode 4π-périodique. Par des mesures de Shapiro, nous étudions la dynamique des TJJ basées sur le matériau simple qu’est le Bi2Se3. L’observation des deux mêmes signatures précédemment anticipées par nos simulations, à savoir un ordre d’apparition non conventionnel des pas de Shapiro ainsi que la persistance d’un supercourant à la fermeture du plateau de Shapiro n = 0 prouve la présence d’un mode 4π-périodique. Notre étude s’est également portée sur un autre isolant topologique le BiSbTeSe2. Nous avons effectué sa croissance par cristallisation liquide-solide et avons mis en évidence, par des mesures d’interférométrie supraconductrice une supraconductivité de surface sans transport électronique par le volume.

Jury :
Président : Teunis Martien Klapwijk
Rapporteur : Tristan Cren
Rapporteur : Marco Aprili
Examinateur : François Lefloch
Directeur de thèse : Hervé Courtois
Co-directeur de thèse : Benjamin Sacépé

Mots clés :
Isolant topologique, Supraconductivité, Microscope à effet tunnel

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