Etats de Shiba dans le graphène supraconducteur

par Estelle Mazaleyrat

Projet de thèse en Physique appliquee

Sous la direction de Claude (phys) Chapelier et de Johann (phys) Coraux.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS (laboratoire) depuis le 14-10-2016 .


  • Résumé

    L'objectif de la thèse est d'observer des états de Shiba dans du graphène rendu supraconducteur par effet de proximité. Ces états de Shiba, qui correspondent à des états à l'intérieur du gap supraconducteur seront mis en évidence par spectroscopie tunnel. 1- Nous utiliserons des films minces de rhénium permettant la croissance de graphène, et permettant d'induire un état supraconducteur à 1,7 K. Afin de faire du graphène une « plateforme », nous le découplerons de son substrat par l'intercalation d'une couche monoatomique d'or ou de plomb, selon des méthodes éprouvées par nous et la communauté. La physisorption de molécules magnétiques sur le graphène reposera sur les concepts d'assemblage de la chimie supramoléculaire. Cette approche permettra de déposer des monocouches de molécules organisées par des interactions non covalentes qui préserveront l'intégrité du graphène. 2- Les échantillons seront sondés aux échelles moléculaires et atomiques par microscopie et spectroscopie à effet tunnel (STM/STS) à basse température. Nous rechercherons dans une gamme d'énergie délimitée par les niveaux moléculaires – la couche moléculaire est alors électroniquement « transparente » – des résonances électroniques qui révèleront l'état de spin moléculaire, démontrant ainsi des bits d'information de taille ultime. A plus basse température, nous rechercherons d'autres excitations électroniques, dites de Shiba, liées à la présence de spins dans un état supraconducteur. Le couplage entre ces états pour des molécules voisines sera étudié pour la première fois en fonction de la distance entre spins ajustée par la nature des assemblages supramoléculaires. Pour le graphène intercalé avec de l'or ou du plomb, le couplage spin-orbite induit dans le graphène pourra induire un état de Majorana. Les moyens qui seront mis en œuvre sont hautement complémentaires. La préparation de graphène de grande qualité, intercalé, se fera à l'Institut Néel (Grenoble) dans un ensemble ultra-haut vide multi-technique associé à un STM, en exploitant des substrats de rhénium développés au SiMAP (Grenoble). La synthèse des molécules magnétiques et l'étude de leur organisation à l'interface liquide-solide seront réalisées au sein du laboratoire de chimie de l'Ecole Normale Supérieure (Lyon). Les expériences de STS locale seront conduites dans un STM fonctionnant à 50 mK, installé au CEA-INAC.

  • Titre traduit

    Shiba states in superconducting graphene


  • Résumé

    The aim of the phD project is to observe Shiba states in proximity-induced superconducting graphene. Shiba states, which correspond to in-gap states, will be probeb by scanning tunneling spectroscopy. 1- Graphene will be grown on top of thin films of rhenium. Rhenium will induce a superconducting state at 1,7 K. In order to make graphene a "platform", we will decouple graphene from its substrate by intercalating a monoatomic layer of gold or lead, via methods developed by our group and by the community. The physisorption of magnetic molecules on graphene will rely on concepts of supramolecular assembly. This approach will allow us to deposit monolayers of molecules organized by non-covalent interactions which preserve the integrity of graphene. 2- The samples will be probeb at molecular and atomic scales through low-temperature tunneling microscopy and spectroscopy (STM/STS). Electronic resonances which will reveal the molecular spin state will be looked for in energies delimited by the molecular levels - the molecular layer is electronically "transparent". These resonances will evidence information bits at the ultimate size. At lower temperature, other electronic excitations will be looked for, the so-called Shiba states, which stem from the presence of spins in a superconducting state. The coupling between these states for neighbouring molecules will be studied for the first time as a function of the distance between spins, adjusted with the nature of the supramolecular assemblies. For the gold- or lead-intercalated graphene, the spin-orbit coupling induced in graphene may result in a Majorana state. The means developed for this project are highly complementary. The preparation of high-quality, intercalated, graphene samples will be done at the Institut Néel (Grenoble) in a multi-technic UHV ensemble, which includes an in situ STM. Graphene will be grown on top of thin films developed by the SiMAP (Grenoble). the synthses if magnetic molecules and the study of their organisation at the solid-liquid interface will be carried on at the chemistry lab of Ecole Normale Supréieure (Lyon). The local STS measurements will be done with a 50 mK-STM, located at the CEA-INAC.