Ingénierie des états topologiques dans des réseaux de molécules magnétiques en interaction avec un supraconducteur 2D

Axe 4 - Dimensionnalité et confinement

Thèse de Danilo Longo

Projet de recherche commencé le 1er octobre 2015. La soutenance de thèse a eu lieu le lundi 13 mai 2019 à 14 h à l'iNSP.

Laboratoire porteur

• Institute of Nanosciences of Paris
  Porteuse de projet : Nadine Witkowski,
  Co-encadrant : Tristan Cren, Christophe Brun

Projet de recherche

Des études récentes ont prédit que l'interaction entre un supraconducteur 2D et du magnétisme local pourrait induire une supraconductivité topologique accompagnée d'états de bord de type Majorana. Pour relever ce défi, nous avons étudié un système basé sur l’interaction entre des auto-assemblages d’aimants moléculaires, tels que les phtalocyanines de manganèse (MnPcs), sur des films minces de plomb (1 et 3 monocouches) épitaxiés sur des surfaces de Si(111) qui montrent une supraconductivité 2D.

Nos expériences de Microscopie à effet tunnel (STM) ont révélé que l'adsorption d’une petite quantité de MnPcs sur la monocouche de Pb est accompagnée d’un très faible transfert de charge qui induit une transition de phase structurale macroscopique de la surface elle-même.

Les expériences de Spectroscopie à effet tunnel (STS) à 300 mK sur des îlots tricouches de Pb/Si(111) ont montré la présence d'effets non triviaux responsables de la fluctuation spatiale de l’amplitude des pics de cohérence sur des longueurs bien inférieures à la longueur de cohérence supraconductrice. De plus, contrairement à ce qui a été montré sur des monocristaux de plomb, les expériences STS suggèrent que les MnPcs isolées sur des îlots tricouches de plomb se trouvent toujours dans un régime d'interaction faible avec le substrat. L’ensemble de nos résultats, ainsi que l’observation d’une signature spectroscopique localisée sur le bord d’un domaine auto-organisé de MnPcs ouvrent la voie à de futures études sur l’ingénierie des phases topologiques supraconductrices.

Publications

• C. Tresca, C. Brun, T. Bilgeri, G. Menard, V. Cherkez et al. 
  Chiral Spin Texture in the Charge-Density-Wave Phase of the Correlated Metallic Pb / Si ( 111 )
  Monolayer Physical Review Letters, American Physical Society, 2018, 120 (19), pp.196402.
  DOI : 10.1103/PhysRevLett.120.196402
  Ref HAL : hal-01792155v1
• Mattia Farronato, Johann Lüder, Danilo Longo, Hervé Cruguel, Marcel Bouvet et al. 
  High Tolerance of Double-Decker Phthalocyanine Towards Molecular Oxygen
  2018
  DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b04084
  Ref HAL :hal-01859603v1
• Structural Phase Transition in a single atomic layer of Pb on Si(111) driven by MnPc adsorption: from the √7x√3-Pb to the Striped Incommensurate Phase (SIC)
  In preparation

Presentation and Poster

• Presentation and Poster
  Engineering topological states in arrays of magnetic molecules in interaction with a 2D superconductor
  D. Longo, C. Brun, H. Cruguel, S. Royer, A. Palacio-Morales, F. Debontridder, P. David, N. Witkowskiand T. Cren
  ECOSS 34 (Aarhus - Denmark, 2018)
• Presentation and Poster
  Engineering topological states in arrays of magnetic molecules in interaction with a 2D superconductor
  D. Longo, C. Brun, H. Cruguel, S. Royer, A. Palacio-Morales, F. Debontridder, P. David, N. Witkowskiand T. Cren
  ICN+T 2018 (Brno - Czech republic, 2018)
• Presentation
  Engineering topological states in arrays of magnetic molecules in interaction with a 2D superconductor
  D. Longo, C. Brun, H. Cruguel, S. Royer, A. Palacio-Morales, F. Debontridder, P. David, N. Witkowskiand T. Cren
  Labex Matisse Workshop (Paris - France, 2018)
• Poster
  Molecular Magnets: from the single molecule to the 3D self-assembly
  D. Longo, C. Brun, H. Cruguel, S. Royer, A. Palacio-Morales, F. Debontridder, P. David, N. Witkowskiand T. Cren
  InternationalFocus Workshop: New Platforms for Topological Superconductivity with Magnetic Atoms (Dresden - Germany, 2018)
• Poster
  Molecular Magnets: from the single molecule to the 3D self-assembly
  D. Longo, C. Brun, H. Cruguel, S. Royer, F. Debontridder, P. David, N. Witkowski and T. Cren
  GDR MCM2 and MEETICC (Strasbourg - France, 2017)
• Poster
  Molecular Magnets: from the single molecule to the 3D self-assembly
  D. Longo, C. Brun, H. Cruguel, S. Royer, F. Debontridder, P. David, N. Witkowski and T. Cren
  JSI2017 (Rennes - France, 2017)
• Poster
  Molecular Magnets: from the single molecule to the 3D self-assembly
  D. Longo, C. Brun, H. Cruguel, S. Royer, F. Debontridder, P. David, N. Witkowski and T. Cren
  8 th School on organic electronics: nano-organics and devices (Paris - France, 2016)
• Poster
  Molecular Magnets: from the single molecule to the 3D self-assembly
  D. Longo, C. Brun, H. Cruguel, S. Royer, F. Debontridder, P. David, N. Witkowski and T. Cren
  GDR 3732 - MEETICC (Aussois - France, 2016)