Effet Josephson, Topologie et Spins – JETS

L’électronique supraconductrice est basée jusqu’ici essentiellement sur un composant : la jonction Josephson, un lien faible entre deux supraconducteurs. Dans la plupart des circuits étudiés jusqu’à présent, l’électrodynamique d’une telle jonction, qu’elle soit quantique ou classique, est gouvernée par un seul degré de liberté : la différence de phase supraconductrice entre les deux électrodes.

L’objectif de ce projet est de fabriquer et caractériser de nouveaux types de jonctions Josephson qui présentent des degrés de liberté supplémentaires.

Le premier volet du projet est consacré à l’étude de jonctions Josephson obtenues avec des liens faibles réalisés dans des matériaux à fort couplage spin-orbite. Dans ce cas, le degré de liberté de spin des quasi-particules devient pertinent pour la dynamique de la jonction. D’une part nous utilserons des nano-cristaux de Bismuth, qui sont des isolants topologiques 2D, pour explorer la physique de l’effet Josephson à travers des états de bords chiraux 1D. D’autre part nous utiliserons des gaz bidimensionnels d’électrons réalisés dans des puits quantiques d’InAs pour réaliser la manipulation cohérente du spin d’une seule quasiparticle.

Le deuxième volet du projet concerne des jonctions Josephson avec plus de deux électrodes. Dans cette configuration multi-terminaux, les nouveaux degrés de liberté sont les phases supraconductrices des électrodes supplémentaires. Bien que fabriquées uniquement avec des supraconducteurs conventionnels, ces structures pourraient manifester des propriétés topologiques non triviales. Nous chercherons en particulier à mettre en évidence des états de quasiparticules à énergie nulle, topologiquement protégés, dont l’existence a été récement prédite pour une configuration adéquate des différentes phases.

Ce projet combine les expertises complémentaires de trois groupes d’expérimentateurs qui maitrisent les différents aspects nécessaires à la réussite du projet : croissance epitaxiale des hétérostructures, fabrication d’échantillons submicroniques complexes et mesures DC et micro-onde à basse température. Ce projet a pour socle les résultats établis lors du projet MASH (2013-2016), auquel deux des partenaires participaient.