Circuits quantiques et la transition supraconducteur-isolant dans un supraconducteur désordonné

Quantum circuits and the superconductor-insulator transition in a disordered superconductor

• Auteur / Autrice : Thibault Charpentier
• Direction : Olivier Buisson, Thierry Grenet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Soutenance le 10/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Klein
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ioan Mihai Pop, Manuel Houzet, Tristan Cren
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Bergeal, Christoph Strunk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Supraconductivité

Supraconducteurs

Mots clés libres

Supraconductivité

Désordre

Circuits quantiques

Localisation

Superconductivity

Quantum circuits

Disorder

Localization

Résumé

Les supraconducteurs fortement désordonnés subissent une transition vers l'isolant lorsque le désordre augmente sous l'effet de la localisation de paires de Cooper préformées. Une question clé dans cette transition est le sort de la densité superfluide à l'approche du désordre critique.En mesurant l'inductance cinétique de résonateurs supraconducteurs d'oxyde d'indium amorphe, nous montrons que la transition vers le supraconducteur revêt un caractère bosonique, mis en évidence par le fait que la température critique est régie par les fluctuations de la phase supraconductrice. En atteignantle désordre critique mettant fin à la supraconductivité, la rigidité superfluide resteétonnamment finie à la transition vers l'isolant. Cela indique une inattendue transition de phase quantique du premier ordre, ce qui ouvre un nouveau paradigme pour les systèmes désordonnés.Une conséquence importante de l'interaction entre localisation et supraconductivité est l'obtention de matériaux à grande inductance cinétique, permettant la conception des très recherchées "superinductances" qui jouent un rôle majeur dans l'étude des circuits quantiques supraconducteurs et leurs applications.

Strongly disordered superconductors undergo a transition to insulation upon increasingdisorder, driven by the localization of preformed Cooper pairs. A key and implicit question in this transition is the fate of the superfluid density as the critical disorder approaches.By measuring the kinetic inductance of superconducting resonators ofamorphous indium oxide, we show that the transition to superconductivity is bosonicwith a critical temperature ruled by superconducting phase fluctuations. Upon reachingthe critical disorder terminating superconductivity, the superfluid stiffness remainssurprisingly finite at the transition to insulation. This indicates an unexpected first-ordernature of the disorder-driven quantum phase transition to insulator, opening anew paradigm for superfluid disordered systems of quantum particles.An important by-product of the interplay between localization and superconductivity is the obtention of large kinetic inductance materials, allowing the design of the sought-after superinductances which play a major role in recent quantum circuit developments.