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Lars Elster

Résonance magnétique dans des jonctions supraconductrices

Publié le 28 septembre 2016


Thèse soutenue le 28 septembre 2016 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique théorique

Résumé :
Dans cette thèse, on analyse la possibilité de changer un courant de charge dans des jonctions supraconductrices par une manipulation des propriétés de spin en utilisant la résonance magnétique. On considère deux jonctions différentes : premièrement, une jonction Josephson non-conventionnelle entre un supraconducteur conventionnel de type s et un supraconducteur non-conventionnel de type px. Deuxièmement, une jonction entre un demi-métal et un supraconducteur conventionnel. La jonction spx contient deux états liés d'Andreev qui sont 2π-périodiques. Ils donnent lieu à une aimantation spontanée à l'équilibre. Ceci ouvre la possibilité de manipuler l'occupation des niveaux d'Andreev en utilisant un champ magnétique dépendant du temps. On démontre que ce champ induit des oscillations de Rabi cohérentes entre différents états de spin de la jonction. Ces oscillations se manifestent comme des résonances dans la relation courant-phase de la jonction. Pour un champ polarisé circulairement, on trouve une règle de sélection de spin qui autorise des oscillations de Rabi seulement dans un certain intervalle de phases dans la relation courant-phase permettant une éventuelle détection du spin. De plus, le champ induit des transitions non-cohérentes qui nécessitent la présence d'une quasiparticule dans le continuum d'états. Ces transitions agissent comme processus de recharge et d'ionisation pour les niveaux d'Andreev. Pour un champ polarisé circulairement, ces processus induits par le champ ne donnent pas lieu à un mécanisme de relaxation pour les oscillations de Rabi à cause des contraintes en spin et en énergie. Pour un champ polarisé linéairement, il n'y a pas de règle de sélection de spin et la largeur des résonances de Rabi dans la relation courant-phase est déterminée par les processus d'ionisation induits par le champs. Dans la jonction entre le demi-métal et le supraconducteur conventionnel, il n'y a pas de courant pour une aimantation statique, puisque la polarisation parfaite en spin du demi-métal interdit les processus de réflexion d'Andreev à l'interface. On démontre que pour une géométrie de point contact, un courant d'Andreev passe, si le demi-métal est soumis à la résonance ferromagnétique. La précession de la direction de l'aimantation dans le demi-métal donne lieu au mécanisme de spin-flip nécessaire. Le courant est forcé par la précession de la direction de l'aimantation qui crée une situation hors équilibre pour les porteurs de charge. De plus, dans un matériau ferromagnétique avec une densité de porteurs minoritaires non-nulle, le courant est réduit et disparaît si les densités majoritaires et minoritaires sont égales. On considère, par ailleurs, une géométrie d'interface étendue, plus réaliste. Pour une jonction balistique, le courant est augmenté par rapport à la géométrie de point contact, en raison du nombre plus élevé de canaux. De plus, on démontre que le désordre est le plus important dans le matériau ferromagnétique. Le courant d'Andreev à travers la jonction désordonnée est beaucoup plus grand que le courant à travers la jonction balistique dans la même géométrie.

Jury :
Président : M. Yuli Nazarov
Rapporteur : M. Marco Aprili
Rapporteur : M. Jérôme Cayssol
Examinateur : M. Clemens Winkelmann
Directrice de thèse : Mme Julia S. Meyer
Co-directeur de thèse : M. Manuel Houzet

Mots clés :
Demi-Métal, Non-Conventionnel, Résonance ferromagnétique, Résonance magnétique, Supraconducteur, Jonction

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