Thèse Supraconductivité et Magnétisme dans l'Antimonène 2D Étudiés par Microscopie et Spectroscopie Tunnel et Photoémission Résolue en Angle H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL) École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique et d'Etude des matériaux Direction de la thèse : Stéphane PONS ORCID 0000000225195970 Début de la thèse : 2025-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Ce sujet de thèse porte sur l'étude expérimentale des propriétés électroniques, magnétiques et topologiques de l'antimonène, un matériau bidimensionnel d'atomes de Sb présentant un fort couplage spin-orbite. Dans un premier temps, l'accent sera mis sur la détermination de la structure de bandes d'antimonène dopé par des impuretés magnétiques (éléments 3d et 4f), à l'aide de la photoémission résolue en angle (ARPES). Ces mesures, réalisées sur des couches épitaxiées sur Ge(111), permettront de suivre l'évolution des bandes en fonction du dopage, d'identifier d'éventuelles bandes polarisées en spin et de caractériser les effets de renormalisation induits par les impuretés magnétiques.

Dans un second temps, le travail se concentrera sur des hétérostructures dans lesquelles l'antimonène dopé est mis en contact avec un supraconducteur afin d'induire un état supraconducteur par effet de proximité. Ces systèmes seront étudiés par microscopie et spectroscopie tunnel à très basse température (STM/STS), avec pour objectif de sonder localement le gap supraconducteur, d'imager des états de Yu-Shiba-Rusinov associés aux impuretés magnétiques et de rechercher des signatures possibles de superconductivité topologique, par exemple sous la forme d'états localisés aux bords, aux défauts ou le long de chaînes d'atomes magnétiques. L'ensemble du projet s'appuiera sur une analyse fine des données (cartes STM, QPI, ARPES) et sur des collaborations étroites avec des équipes théoriques (DFT et Bogoliubov-de Gennes), dans un environnement expérimental de pointe au LPEM (ESPCI Paris). Les matériaux bidimensionnels (2D) sont aujourd'hui au centre des recherches pour l'électronique et la spintronique de nouvelle génération, grâce à leur faible épaisseur et à la possibilité d'ingénierie fine de leurs bandes électroniques. La plupart sont toutefois non magnétiques, ce qui limite leur utilisation directe dans des dispositifs exploitant le spin. Une voie prometteuse consiste à introduire du magnétisme par dopage contrôlé avec des impuretés magnétiques.

L'antimonène, forme 2D de l'antimoine, est particulièrement intéressant car il combine un fort couplage spin-orbite et une bonne compatibilité avec des substrats semi-conducteurs. Le projet vise à comprendre comment le dopage magnétique de l'antimonène modifie sa structure de bandes et peut induire des phases magnétiques. Lorsqu'on couple cet antimonène dopé à un supraconducteur, l'effet de proximité ouvre en outre la possibilité de réaliser des états électroniques topologiques, potentiellement utiles pour la spintronique et les dispositifs quantiques.

Nous recherchons une doctorante ou un doctorant issu d'une formation de niveau Master 2 (ou équivalent) en physique, avec de solides bases en physique de la matière condensée et en physique quantique. Un intérêt marqué pour les expériences à basse température, les matériaux 2D, la supraconductivité et/ou le magnétisme est indispensable.

Une première expérience en techniques sous ultravide (MBE, ARPES, STM/AFM), en cryogénie ou en mesures de transport sera appréciée, mais n'est pas obligatoire. Le/la candidat·e devra être à l'aise avec l'analyse de données expérimentales et la programmation scientifique (par exemple Python, Matlab ou équivalent). Un bon niveau d'anglais écrit et oral est attendu ; la pratique du français constitue un atout supplémentaire. Nous cherchons enfin une personne curieuse, autonome, organisée, et capable de travailler en équipe dans un environnement de recherche international.