Dynamique de spins et effets non linéaires dans des Isolants Topologiques Magnétiques – DYNTOP

Ce projet explorera la dynamique de spin et les processus ultra-rapides dans des isolants topologiques magnétiques. Ces matériaux très récents associent états topologiques et phases magnétiques, ce qui en fait des composés présentant des propriétés remarquables : existence d’états surfaciques quantiques ; phase ferromagnétique ; effet Hall quantique anormal ; états hélicoïdaux ou chiraux. Tout ceci laisse entrevoir de nombreuses potentialités (courant de spins, convertisseur spin-charge, source THz, bit quantique). Afin d’évaluer ces matériaux, ce consortium explorera leurs propriétés fondamentales, telles que la texture de spin des états de surface, la dynamique de spins, les mécanismes de relaxation, les effets non-linéaires et le transfert spin-charge.
Pour réaliser l’étude la plus complète, ce projet pourra s’appuyer sur une association d’équipes extrêmement expérimentées et complémentaires, réunissant toutes les compétences nécessaires et à l’état de l’art. Tout d’abord, la synthèse des matériaux par épitaxie par jets moléculaires sera réalisée au sein du consortium (INSP), ainsi qu’en collaboration avec un partenaire étranger fortement impliqué dans ce domaine. Nous aurons accès à une large variété d’isolants topologiques magnétiques, ordonnés (type MnSb2Te4) ou désordonnés (type CrxBi2-xTe3). Plusieurs approches seront utilisées pour contrôler le dopage (irradiation, hydrogénation, gating) afin de manipuler le niveau de Fermi au voisinage du point de Dirac. Diverses technique expérimentales seront mises en oeuvre : photocourant sous excitation polarisée, effet Faraday photoinduit ps/fs, spectroscopie et émission THz. La spectroscopie permettra de suivre l’évolution des états quantiques et de comprendre la structure de bande et les propriétés de spins, en particulier des états topologiques. La spectroscopie ultrarapide donnera accès à la dynamique et au processus de relaxation des spins et porteurs, ainsi qu’à l’étude des mécanismes de conversion spin-charge.