Étude magnéto-optique des transitions de phase topologique dans les alliages Pb₁₋ₓSnₓSe et leurs hétérostructures

Magneto-optical study of topological phase transitions in Pb₁₋ₓSnₓSe alloys and their heterostructures

• Auteur / Autrice : Gauthier Krizman
• Direction : Yves Guldner, Louis-Anne de Vaulchier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/10/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de l'ENS (Paris ; 2019-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe de recherche Nano-THz (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Dimitri Roditchev
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Guldner, Louis-Anne de Vaulchier, Dimitri Roditchev, Frédéric Teppe, Mark Oliver Goerbig, Emmanuelle Deleporte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Teppe, Mark Oliver Goerbig

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique

Mots clés libres

Physique du solide

Isolants topologiques

Magnéto-optique

Théorie k.p

Fermions de Dirac et de Weyl

Condensed matter physics

Topological insulators

Magneto-optics

K.p theory

Dirac and Weyl fermions

Résumé

Cette thèse étudie les phases topologiques des alliages de Pb₁₋ₓSnₓSe et de leurs hétérostructures. La caractérisation des propriétés électroniques et topologiques de Pb₁₋ₓSnₓSe est réalisée en magnéto-optique en fonction de plusieurs paramètres internes et externes comme la composition chimique, la contrainte, la température ou le champ magnétique. Les états topologiques d’interface sont caractérisés dans les hétérostructures, et contrôlés via une ingénierie d’hybridation. La polyvalence du système à base de Pb₁₋ₓSnₓSe est mise en évidence. Elle ouvre la voie à l’observation dans de bonnes conditions (grand gap topologique et bonne qualité cristalline) de nombreuses phases pseudo-relativistes de la matière comme l’effet Hall quantique de spin, l’effet Hall quantique anormal ou les fermions de Weyl, …

This thesis deals with topological phases in Pb₁₋ₓSnₓSe alloys and their heterostructures. The topological and electronic properties of Pb₁₋ₓSnₓSe are characterized by using magneto-spectroscopy and numerous external and internal knobs like chemical composition, temperature, strain or magnetic field. The heterostructures are investigated to experimentally reach the topological interface states. A hybridization engineering of these topological interface states is demonstrated in both quantum wells and superlattices. The effect of a magnetic doping is also investigated. The great versatility of the Pb₁₋ₓSnₓSe-based system paves the way for the observation of numerous pseudo-relativistic phases such as quantum spin Hall effect, quantum anomalous Hall effect or Weyl fermions, …