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Charlène Tonnoir

Spectroscopie tunnel de graphène épitaxié sur du rhénium supraconducteur

Publié le 20 décembre 2013


Thèse soutenue le 20 décembre 2013 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Physique de la matière condensée et du rayonnement

Résumé :
Obtenir une interface transparente entre le graphène et un supraconducteur s'est révélé être difficile et pourtant essentiel pour induire des corrélations supraconductrices dans le graphène par effet de proximité. Cette thèse présente une étude par spectroscopie tunnel (STS) à très basse température (50 mK) d'un système nouveau qui réalise ce bon couplage électronique en faisant croitre du graphène par épitaxie sur du rhénium supraconducteur. La fabrication et sélection des films minces de rhénium de haute qualité cristalline sont brièvement expliquées, suivies par le procédé de croissance CVD du graphène sur divers métaux et en particulier sur du rhénium. Les images topographiques obtenues par STM révèlent un moiré qui résulte de la différence de paramètre de maille entre le graphène et le rhénium. Nous identifions ce système à une monocouche de graphène en forte interaction avec le substrat, résultat corroboré par des calculs DFT. Des analyses STS dans une gamme d'énergie de plusieurs centaines de meV montrent une modulation spatiale de la densité d'états (DOS) à l'échelle du moiré, indiquant différentes forces de couplage entre les ‘collines' et les ‘vallées' du moiré. Les propriétés supraconductrices de l'échantillon en volume sont sondées par des mesures de transport, desquelles nous extrayons la température de transition Tc~2K et la longueur de cohérence supraconductrice ξ=18nm. Le gap supraconducteur est extrait de la DOS mesurée par STS à 50 mK (Δ=330µeV) et trouvé homogène à l'échelle du moiré. L'état mixte supraconducteur est étudié sous champ magnétique et un réseau de vortex d'Abrikosov est mis à jour. Enfin, une étude sur diverses morphologies de surface présente un effet de proximité supraconducteur latéral anormal, en contradiction avec les modèles existants.

Jury :
Président : Hervé Courtois
Rapporteur : Andreas Hüttel
Rapporteur : Vincent Repain
Examinatrice : Hélène Bouchiat
Examinateur : Markus Ternes
Directeur de thèse : Marc Sanquer
Co-directeur de thèse : Claude Chapelier

Mots clés :
Graphène épitaxié, Microscopie et spectroscopie tunnel à balayage, Effet de proximité supraconducteur, Réseau de vortex d'Abrikosov

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