Pascal Simon

Affiliation: 
Université Paris-Saclay
date: 
2016-02-15
sujet: 
Nouvelles plateformes pour la supraconductivité topologique: Des états liés de Shiba aux états liés de Majorana
résumé: 

'étude des impuretés magnétiques dans les supraconducteurs a une très longue histoire. Parmi les effets notoires, on notera la renormalisation du gap supraconducteur par les impuretés et les états liés dits de Shiba induits par des impuretés magnétiques [1]. Au cours des dernières années, un regain d'intérêt est apparu pour les réseaux d'impuretés magnétiques dans les supraconducteurs dans la mesure où ils pourraient accueillir des excitations exotiques nommées fermions de Majorana, particules qui sont leurs propres antiparticules.
Je vais d'abord présenter de nouveaux résultats concernant le cas d'une impureté magnétique immergée dans un supraconducteur bidimensionnel (2D) et montrer que l’étendue spatiale des états de Shiba est de portée bien plus longue que celle qui a été observée dans les supraconducteurs tridimensionnels [2]. Je tâcherai de décrire comment l'analyse spectrale résolue en spin des états liés de Shiba est en mesure d'apporter des informations pertinentes sur la nature du paramètre d'ordre du supraconducteur hôte tel que son degré d’appariement anormal de type triplet [3]. Par ailleurs, l’analyse d’un système de deux impuretés magnétiques dans un supraconducteur s’avère également très riche notamment lorsque l’on prend en compte de manière auto-cohérente la renomalisation du gap. Pour une impureté fortement couplée, je montrerai comment un état lié de Shiba mute en un état lié de type Andreev. Dans le cas de deux impuretés, cette mutation s’accompagne de deux transitions de phase quantiques successives en fonction du couplage d'échange magnétique [4].
Je passerai ensuite à l'analyse de chaînes d'impuretés magnétiques sur un substrat supraconducteur. Dans la limite où elles forment un fil conducteur dense, je montrerai que les impuretés magnétiques et les électrons deviennent fortement intriqués et qu'une structure en spirale magnétique émerge sans paramètre ajustable. Pour une interaction d’échange suffisamment forte, la chaine d’atomes magnétiques entre dans une phase supraconductrice topologique possédant des états de bord de type fermions de Majorana sans aucun ajustement des paramètres externes [5].
Je vais aussi montrer qu'un tel comportement peut être attendu pour un conducteur 1D en présence d’une texture magnétique, intrinsèque ou extrinsèque, mis à proximité d'un supraconducteur. Cela peut par exemple inclure un fil quantique semiconducteur lorsque l'interaction hyperfine entre les électrons et les spins nucléaires est prise en compte [6]. Je présenterai ensuite différentes stratégies pour détecter sans ambiguïté ces excitations exotiques en utilisant soit une sonde par effet tunnel résolue en spin [7] ou bien en couplant capacitivement un fil quantique topologique à une cavité micro-ondes [8].
[1] A. V. Balatsky, I. Vekhter, and J.-X. Zhu, Rev. Mod. Phys. 78, 373 (2006).
[2] G. Ménard et al., Nature Physics 11, 1013 (2015).
[3] V. Kaladzhyan, C. Bena, P. Simon, arXiv: 1512.05575.
[4] T. Meng, J. Klinovaja, S. Hoffman, P. Simon, D. Loss, Phys. Rev. B 92, 064503 (2015).
[5] B. Braunecker, P. Simon, Phys. Rev. Lett. 111, 147202 (2013); Phys. Rev. B 92, 241410 (2015).
[6] B. Braunecker, P. Simon, D. Loss, Phys. Rev. B 80, 165119 (2009).
[7] D. Sticlet, C. Bena, P.Simon, Phys. Rev. Lett. 108, 096802 (2012).
[8] O. Dmytruk, M. Trif, P. Simon, Phys. Rev. B 92, 245432 (2015).

série: 
Institut Quantique
invité par: :