Dynamique des Corrélations Supraconductrices et Magnétiques dans les Systèmes Hybrides – DYCOSMA

Le but de ce projet est l'étude du transport quantique à fréquence finie dans des structures hybrides : métal normal N, supraconducteur S et ferromagnétique F. Si les propriétés électroniques des systèmes mésoscopiques ont été largement étudiées à basse fréquence, presque rien n'a été entrepris sur leur dynamique. Nous nous intéresserons à des structures hybrides où la dynamique est gouvernée par la compétition et la propagation de différents ordres électroniques. Les structures artificielles sont un bon moyen de contrôler cette compétition. Cependant, les concepts qui seront tirés de la compréhension de leurs propriétés dynamiques devraient être d'un grand intérêt également pour les matériaux massifs, et déterminants pour toute application pour laquelle la vitesse est importante. Dans un métal normal à basse température, la conductance est indépendante de la tension, de la température et de la fréquence, et ce jusqu'à des fréquences très élevées. Aussi toute déviation par rapport à ce comportement est la signature de la présence de corrélations. Pour des échantillons NS, les corrélations sont dues à la formation de paires électron-trou (paires d'Andreev) au sein du métal normal, réminiscences des paires de Cooper du réservoir S. Pour des échantillons NF, des spins sont injectés dans le métal normal par un courant, ce qui induit une aimantation hors d'équilibre. Dans des structures SF, on injecte à la fois des charges et des spins dans le condensat supraconducteur. Les deux relaxent pour former des paires via différents mécanismes, et donc avec des constantes de temps a priori différentes. Nous voulons étudier la dynamique de ces corrélations par des mesures de transport à fréquence finie ainsi que par leur modélisation théorique. 1) Dynamique de l'effet de proximité et des états liés d'Andreev dans des structures NS Nous nous intéresserons à trois géométries qui mettent en exergue différents mécanismes. Dans un fil N en contact avec un réservoir S, les propriétés supraconductrices dépendent de la tension appliquée. Par conséquent, l'étude expérimentale et théorique des parties réactive et dissipative de la conductance en fonction de la fréquence révèle la dynamique de propagation de l'ordre supraconducteur dans le métal normal. Ceci teste la dynamique des paires d'Andreev à une énergie donnée (fixée par la tension) ainsi que les mécanismes qui détruisent l'appariement. Dans la géométrie SNS, un supercourant peut traverser la région N. Le transport à fréquence finie dans cette structure révèle la dynamique du supercourant, qui devrait être influencée par celle des paires d'Andreev dans le métal normal. Le supercourant sera ajusté par l'ajout d'un courant continu. Enfin, dans un interféromètre d'Andreev, un fil N entre des réservoirs N et S dans une géométrie annulaire, un courant de quasiparticules (appliqué) et un supercourant (modulé par un flux magnétique statique) coexistent. L'étude de leur dynamique devrait permettre de comprendre leur influence mutuelle, i.e. celle des états d'Andreev liés et délocalisés. 2) Dynamique des spins dans un métal normal et un condensat supraconducteur L'autre volet que nous voulons explorer est la dynamique du spin des électrons de conduction dans un métal normal et un supraconducteur, par la mesure de structures FNF et FSF. Dans un fil N entre des contacts F, à un courant continu est associé un flot d'aimantation qui conduit, dans le régime stationnaire, au phénomène d'accumulation de spins. Nous voulons mesurer la conductance dynamique du système FNF. Sa dépendance en fréquence devrait constituer une mesure directe du temps de relaxation de spin. En effet, les contributions parasites (polarisation finie des ferromagnétiques, interfaces NF non totalement transparentes), si elles influencent la valeur absolue du signal, ne devraient pas modifier sa dépendance en fréquence. Notre but est de mesurer la dynamique du magnétisme des électrons de conduction dans le métal normal, pas celle des rése