Circuits hybrides supraconducteur/semi-conducteur

Axe 4 - Dimensionnalité et confinement

Thèse de Alexandre Assouline

Projet de recherche mené depuis le 1er octobre 2015.

Soutenance le 9 octobre 2018 - Amphi Urbain de l'ESPCI
10 rue Vauquelin
75005 Paris

Co-tutelles

Laboratoire de Physique et d’Étude des Matériaux (LPEM)
Porteur de projet : Hervé Aubin
Co-encadrant : A. Zimmers, A Descamps-Mandine
Institut des NanoSciences de Paris (INSP)
Co-encadrants : M. Marangolo, P. Atkinson, M. Eddrief

Mots Clés

Josephson - Andreev - Boîtes quantiques - Spin-orbite - Supraconducteurs - Semi-conducteurs - Nanofils - InAs - Couches minces - Bi_2$Se_3

Résumé

Les jonctions Josephson sont les briques de base des circuits supraconducteurs. Elles sont constituées de deux supraconducteurs séparés par une barrière isolante. Dans cette thèse, nous présentons deux expériences où la barrière isolante est remplacée par un semi-conducteur.

Dans la première, nous étudions des nanofils dans le régime du blocage de Coulomb, où le nombre d'électrons peut être controlé, un par un, jusqu'à induire une transition entre un régime métallique et un régime isolant. A travers cette transition, nous avons observé qu'un spin électronique se comporte comme une impureté magnétique et donne lieu à la formation d'états électroniques discrets entre les électrodes supraconductrices. La compréhension de ces dispositifs est essentielle pour le développement de la nanoélectronique à base de supraconducteur.

Dans la seconde expérience, nous étudions l'effet Josephson dans des couches minces où le mouvement des électrons dépend de leur orientation de spin. Ce couplage spin-orbite est essentiel dans un grand nombres de travaux théoriques visant à découvrir des nouvelles phases de la matière. Nous démontrons par cette expérience que le couplage spin-orbite peut être sondé par des mesures sensibles à la différence de phase entre les électrodes supraconductrices qui forment la jonction Josephson.

Publications

Alexandre Assouline, Cheryl Feuillet-Palma, Nicolas Bergeal, Tianzhen Zhang, Alireza Mottaghizadeh, Alexandre Zimmers, Emmanuel Lhuillier, Massimiliano Marangolo, Mahmoud Eddrief, Paola Atkinson, Marco Aprili, Herve Aubin
Spin-Orbit induced phase-shift in Bi2Se3 Josephson junctions.
Nat. Commun. 10, 126 (2019)
DOI : 10.1038/s41467-018-08022-y
Ref HAL : hal-01983043, version 1
Alexandre Assouline, Cheryl Feuillet-Palma, Alexandre Zimmers, Hervé Aubin, Marco Aprili, and Jean-Christophe
Shiba bound states across the mobility edge in doped InAs nanowires
Harmand Phys. Rev. Lett. 119, 097701 – Published 31 August 2017
DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.097701
Ref HAL : hal-01611648, version 1
Wasim Mir, Alexandre Assouline, Clément Livache, Bertille Martinez, Nicolas Goubet et al.
Electronic properties of (Sb;Bi) 2 Te 3 colloidal heterostructured nanoplates down to the single particle level OPEN
Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2017, 7, pp.9647 - 9647.
DOI : 10.1038/s41598-017-09903-w
Ref HAL : hal-01578455v1
Sergio Vlaic, Stéphane Pons, Tianzhen Zhang, Alexandre Assouline, Alexandre Zimmers et al.
Superconducting parity effect across the Anderson limit
Nature Communications, Nature Publishing Group, 2017, 8, pp.14549.
DOI : 10.1038/ncomms14549
Ref HAL : hal-01496658v1
Tianzhen Zhang, Sergio Vlaic, Stéphane Pons, Alexandre Assouline, Alexandre Zimmers, Dimitri Roditchev, Hervé Aubin, Guy Allan, Christophe Delerue, Christophe David, Guillemin Rodary, and Jean-Christophe Girard
Quantum confinement effects in Pb nanocrystals grown on InAs
Phys. Rev. B 97, 214514 – Published 19 June 2018
DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.214514

Interventions

Journée scientifique Matisse 2017 : Andreev quantum dots
March meeting 2018 : Effect of in-plane magnetic field on the Fraunhofer pattern in Bi_2Se_3 based Josephson junctions
-> https://meetings.aps.org/Meeting/MAR18/Session/K31.11