Thèse Étude de la Supraconductivité Topologique et des Modes de Majorana Chiraux dans des Hétérostructures Graphène- Supraconducteur en Régime Hall Quantique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : CEA/SPEC - Service de Physique de l'Etat Condensé Direction de la thèse : Preden ROULLEAU ORCID 0000000283975019 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-11-30T23:59:59 L'identification expérimentale non ambiguë des fermions de Majorana constitue l'un des défis majeurs de la
physique de la matière condensée contemporaine. Ces quasi-particules exotiques, caractérisées par leur nature non
abélienne, représentent à la fois un enjeu fondamental et une voie prometteuse vers l'informatique quantique
topologique.
Au cours de la dernière décennie, de nombreuses expériences menées sur des nanofils semi-conducteurs couplés à
des supraconducteurs ont mis en évidence des signatures compatibles avec la présence de modes de Majorana.
Toutefois, ces observations restent sujettes à controverse en raison de mécanismes alternatifs pouvant reproduire
des signatures similaires. L'obtention de preuves directes et robustes de l'existence de ces états demeure donc une
question ouverte.
Ce projet de thèse propose d'explorer une approche alternative fondée sur des hétérostructures à base de graphène
en régime Hall quantique couplé à la supraconductivité. Les canaux de bord chiraux du graphène constituent un
environnement particulièrement favorable à l'émergence d'états supraconducteurs topologiques et de modes de
Majorana chiraux. Les progrès récents dans la fabrication de dispositifs hybrides graphène-supraconducteur
permettent désormais d'envisager l'étude expérimentale de ces phénomènes dans des systèmes propres,
hautement contrôlables par effet de grille et compatibles avec des mesures de transport de haute précision.
La première partie du projet sera consacrée à la réalisation et à la caractérisation de jonctions graphène-
supraconducteur en régime Hall quantique. L'objectif sera de mettre en évidence les signatures attendues de la
supraconductivité topologique à travers des mesures de conductance différentielle, la recherche de plateaux de
conductance demi-entiers et l'étude du transport électronique dans des géométries adaptées.
La seconde partie visera à développer des expériences de collision électronique mettant en jeu des excitations de
Majorana chirales. Inspirées des concepts de l'optique électronique quantique, ces expériences permettront
d'étudier les propriétés statistiques et les corrélations quantiques associées aux modes de Majorana. Les mesures
de bruit et de corrélations de courant constitueront alors des outils privilégiés pour identifier les signatures
spécifiques de ces excitations et les distinguer d'états conventionnels.
Ce projet associera la physique mésoscopique, la supraconductivité topologique et l'optique électronique quantique
au sein d'une même plateforme expérimentale. Il contribuera à établir de nouvelles méthodes de détection des
modes de Majorana et à approfondir notre compréhension des états topologiques non triviaux dans les systèmes
bidimensionnels à base de graphène. L'identification expérimentale des modes de Majorana constitue un défi majeur de la physique de la matière condensée, notamment en raison de leur statistique non abélienne et de leur potentiel pour le calcul quantique topologique. Les hétérostructures graphène-supraconducteur en régime Hall quantique offrent une plateforme prometteuse pour leur réalisation et leur détection, grâce à la présence de canaux de bord chiraux et à la possibilité d'induire des corrélations supraconductrices par effet de proximité. Ce projet vise à étudier la supraconductivité topologique et à identifier les modes de Majorana chiraux dans des hétérostructures graphène-supraconducteur en régime Hall quantique. En combinant des mesures de transport quantique, de bruit de grenaille et des expériences de collision électronique, il cherchera à établir des signatures expérimentales robustes de ces excitations et à sonder leurs propriétés non abéliennes.

Master 2 ou ingénieur en Physique quantique

• Chimie