Thèse Signature du Transport Hélical dans des Isolants Topologiques et les Conducteurs Chiraux 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 Solides Direction de la thèse : Richard DEBLOCK ORCID 0000000197503373 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Les états électroniques hélicoïdaux, dont la projection de spin est imposée par la direction de la quantité de mouvement, résultent de l'interaction entre le couplage spin-orbite (SOC) et les symétries du réseau cristallin dans les isolants topologiques et les cristaux hélicoïdaux. Ce verrouillage spin-mouvement est responsable de la protection topologique contre la rétrodiffusion des électrons et peut donner lieu à un transport non réciproque ainsi qu'à une supraconductivité exotique. Des efforts de recherche intenses sont donc consacrés à l'exploration des signatures fondamentales de ces états dans les propriétés de transport, ainsi qu'au développement de nouveaux dispositifs électroniques combinant les degrés de liberté de spin et de charge.
Nous proposons de détecter et quantifier les signatures des états hélicoïdaux dans deux matériaux prometteurs, BiBr et le tellure pur (Te), par l'étude des symétries en champ magnétique et en courant de la conductance, ainsi que par le supercourant induit par des contacts supraconducteurs dans ces matériaux.
BiBr est un candidat prometteur parmi les isolants topologiques en raison de son large gap en énergie et de l'existence d'états balistiques hélicoïdaux unidimensionnels sur ses arêtes, qui agissent comme des autoroutes pour les électrons.
Le tellure pur, en revanche, est un semiconducteur de structure chirale présentant un fort couplage spin-orbite et une symétrie d'inversion brisée, une différence fondamentale avec BiBr. Il peut exhiber deux hélicités différentes, conférant un spin parallèle ou antiparallèle à la direction de propagation.
La thèse impliquera de la nanofabrication et des expériences de transport quantique à basse température. Avec des électrodes normales, l'hélicité sera quantifiée par l'effet magnéto-chiral, un effet diode dépendant de l'angle induit par le champ magnétique, qui contient une signature quantitative du SOC. Avec des contacts supraconducteurs, l'interférométrie Josephson permettra de sonder la localisation des états porteurs de supercourant et de mesurer la relation courant-phase de la jonction dans une configuration de SQUID asymétrique. Cela apportera des preuves précieuses de l'existence des états de bord 1D et de leur balisticité dans BiBr.
Le comportement à champ magnétique élevé sera influencé par l'hélicité et la présence d'états d'Andreev polarisés en spin, qui transportent le supercourant, aussi bien dans Te que dans BiBr. Cela ouvrira la voie à l'exploration de l'interaction entre la supraconductivité, les états hélicoïdaux et les symétries fondamentales.
Ce travail se place dans le cadre général de l'étude du transport quantique dans les isolants topologiques et les conducteurs chiraux - mise en évidence des états hélicaux dans un isolant topologique d'ordre 2
- détecter et quantifier les signatures des états hélicoïdaux
- réalisation de jonctions Josephson avec du tellure et Bi4Br4

L'étudiant devrait avoir une bonne formation en matière condensée avec en particulier une bonne connaissance en transport quantique et en supraconductivité.