Thèse Propriétés Thermodynamiques à Travers une Transition Supraconducteur-Isolant H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie Direction de la thèse : Claire MARRACHE ORCID 0000000328420325 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-01T23:59:59 Ce projet de thèse vise à étudier les propriétés thermodynamiques et les mécanismes de relaxation de l'énergie dans des films minces supraconducteurs désordonnés proches d'une transition supraconducteur-isolant, où la supraconductivité globale disparaît mais où des corrélations locales de paires de Cooper peuvent subsister. En combinant des mesures calorimétriques de chaleur spécifique et de conductivité thermique à très basse température (inférieure à 1 K), en fonction du désordre, du champ magnétique et de la température, l'objectif est de sonder la densité d'états électronique, le couplage électron-phonon et les temps caractéristiques de thermalisation, notamment dans des régimes hors équilibre marqués par une relaxation fortement ralentie. Le système d'étude principal est l'alliage amorphe a-YxSi1-x, où il existe un fort découplage électron-phonon à proximité de la transition, avec la possibilité d'expériences complémentaires (spectroscopie tunnel, transport sous fort champ) afin d'éclairer la nature des états isolants, supraconducteurs et intermédiaires. Ce travail de recherche fondamentale ambitionne d'apporter un éclairage nouveau sur la physique des systèmes électroniques désordonnés de basse dimension et leurs propriétés thermiques à très basse température. Les systèmes désordonnés de basse dimension constituent une plateforme unique pour explorer la manière dont la supraconductivité, les interactions électroniques et le désordre influencent les propriétés thermiques et de transport des matériaux à très basse température. En particulier, les films minces supraconducteurs proches d'une transition supraconducteur-isolant (TSI) présentent des réponses électroniques et thermiques fortement modifiées lorsque des paramètres externes tels que le désordre, le champ magnétique ou l'épaisseur du film sont ajustés. Malgré de nombreux travaux expérimentaux et théoriques, la nature du régime isolant qui émerge à partir de la supraconductivité dans des systèmes bidimensionnels désordonnés reste débattue. Les expériences suggèrent la persistance de paires de Cooper et de gaps supraconducteurs finis y compris dans le régime isolant. Ces observations indiquent que la perte de la supraconductivité globale ne coïncide pas nécessairement avec la disparition des corrélations supraconductrices locales, donnant naissance au concept d'isolant bosonique et alimentant des discussions intenses sur l'existence possible de phases intermédiaires dites métal de Bose qui remettent en question l'idée selon laquelle un état métallique en 2D ne peut exister.

En parallèle, des travaux récents sur les systèmes électroniques désordonnés ont mis en évidence la possibilité de régimes caractérisés par une relaxation de l'énergie fortement réduite et des temps de thermalisation électroniques anormalement longs. Dans de tels régimes, le couplage entre le système électronique et le bain de phonons peut devenir extrêmement faible, entraînant des écarts importants par rapport au comportement d'équilibre standard. Expérimentalement, sonder ces effets est difficile, car nécessite des systèmes présentant un couplage électron-phonon intrinsèquement faible ainsi que la capacité de réaliser des mesures thermodynamiques précises à très basse température, ce qui constituera l'objet principal de cette thèse. Ces mesures donnent un accès direct à la densité d'états électronique, aux mécanismes de relaxation de l'énergie et aux échelles de temps caractéristiques gouvernant la thermalisation entre les degrés de liberté électroniques et phononiques. Une attention particulière sera portée à l'identification de régimes où la relaxation thermique est fortement ralentie ou où apparaissent des dépendances en température anormales, signalant des processus non standards de transport et de relaxation de l'énergie dans les états isolant et supraconducteur.
Etudier les propriétés thermodynamiques et les mécanismes de relaxation de l'énergie dans des films minces supraconducteurs désordonnés proches d'une transition supraconducteur-isolant. Un système prometteur dans ce contexte est l'alliage amorphe a-YxSi1-x, qui présente un fort découplage électron-phonon à proximité de la TSI. L'objectif de ce projet de doctorat est de caractériser ce système dans la limite bidimensionnelle à travers la transition supraconducteur-isolant à l'aide de mesures thermodynamiques et de transport thermique à très basse température (en dessous de 1 K). Le projet se concentrera sur des mesures calorimétriques de la chaleur spécifique ainsi que sur des mesures de conductivité thermique en fonction de la température, du champ magnétique et du désordre. En particulier, nous étudierons les échelles de temps sur lesquelles les électrons se thermalisent avec le bain de phonons, en fonction de la température et du désordre.

* Master en matière condensée