Doctorat en Détection des Fluctuations du Supercourant Porté par des États Électroniques Hélicaux Topologiques H/F - 91

La découverte de la matière topologique a suscité une intense activité de recherche, motivée par l'émergence de propriétés prometteuses, en particulier l'existence d'états de bord hélicaux balistiques. Dans les systèmes 2D ou les isolants topologiques (TI) d'ordre supérieur 3D, ils constituent des canaux conducteurs unidimensionnels protégés de la rétrodiffusion grâce au verrouillage spin-impulsion. Une projection donnée du spin est fixée à la direction de propagation, interdisant théoriquement toute rétrodiffusion. Cette protection topologique se manifeste dans le supercourant apparaissant lorsque le TI est connecté à des électrodes supraconductrices. Notre projet vise à explorer la dynamique encore mal comprise des états de bord hélicaux, à identifier leurs mécanismes de relaxation et à évaluer la robustesse de leur protection topologique dans des jonctions supraconductrices ainsi que dans des TI isolés.
Nous avons montré que la réponse du supercourant à fréquence finie à un flux magnétique, ainsi que le bruit de supercourant à l'équilibre, révèlent clairement les mécanismes de relaxation dans le régime GHz pour des jonctions non topologiques. Pour les états de bord topologiques, la durée de vie attendue de l'ordre de la milliseconde impose des expériences en dessous du MHz pour détecter les fluctuations de courant.
La thèse proposée consiste à utiliser notre nouveau capteur de champ magnétique ultrasensible basé sur la magnétorésistance tunnel (TMR) afin de détecter le supercourant porté par les états hélicaux, ainsi que ses fluctuations à l'équilibre, qui portent des signatures de la protection topologique. Par nanolithographie, le doctorant fabriquera et déposera les jonctions à partir de matériaux TI (WTe, BiBr) sur le capteur TMR élaboré dans un laboratoire du CEA. La réponse TMR sera ensuite mesurée à très basse température dans un réfrigérateur à dilution (mK) avec des techniques électroniques à faible bruit.

Contexte de travail
Le travail sera réalisé au sein du groupe de physique mésoscopique au sein du laboratoire de Physique des Solides, en utilisant les équipements de micro et nanofabrication du laboratoire, et l'équipement basse température et haute fréquence du groupe.

Le Laboratoire de Physique des Solides est une unité mixte de recherche (UMR 8502) de l'Université Paris-Saclay et du CNRS. Il est affilié à l'Institut de Physique du CNRS et à la 28e section du Conseil National des Universités. Le LPS est membre de la Fédération Friedel-Jacquinot, structure de coordination de la physique sur le plateau du Moulon à Orsay (IdF).
Il regroupe une centaine de chercheurs et enseignants-chercheurs, expérimentateurs et théoriciens, et l'activité de recherche est soutenue par une soixantaine d'ingénieurs, techniciens et administratifs.
Le laboratoire accueille chaque année un grand nombre d'étudiants de premier et deuxième cycle dont de nombreux doctorants, ainsi que des chercheurs en postdoctorat et des scientifiques invités. Le laboratoire couvre une plus grande variété de sujets que son nom ne le suggère, et vise à aborder toute la diversité de la physique de la matière condensée. L'activité de recherche s'organise autour de trois grands axes, qui impliquent chacun à peu près le même nombre de scientifiques :
- Nouveaux états électroniques de la matière
- Phénomènes physiques aux dimensions réduites
- Matière molle et interface physique-biologie
Dans le premier axe sont regroupées des études tant expérimentales que théoriques ayant trait aux propriétés des systèmes dans lesquels les corrélations électroniques sont généralement fortes et qui sont sièges de propriétés remarquables et d'états électroniques non conventionnels tels que la supraconductivité, le magnétisme, les transitions métal-isolant etc.
Dans le deuxième se retrouvent les activités relevant des « nanosciences » au sens large. Elles sont ici abordées du point de vue des propriétés fondamentales, lorsque les dimensions d'un objet deviennent aussi petites que certaines distances caractéristiques (longueur de cohérence, libre parcours moyen, ...).
Le troisième axe, étend le concept de « matière molle » à des systèmes biologiques. Les thèmes vont donc des systèmes complexes aux tissus vivants, des cristaux liquides aux mousses, en passant par les polymères ou les systèmes granulaires. Ces études physiques sont à l'interface avec la physico-chimie et la biologie.
Le travail de recherche s'effectuera au sein de l'équipe de Physique Mesoscopique du Laboratoire de Physique des Solides (CNRS-UMR 8502).
Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.