Chaine de spins topologiques par ESR-STM – TOSCA_by_ESR-STM

Les états de bord topologiques, tels que les excitations de spin fractionnaire S=1/2 dans la chaîne de Haldane et les états de Majorana dans la chaîne de Shiba, sont protégés contre la décohérence et constituent une plate-forme possible pour le traitement de l'information quantique. La chaîne de spins de Haldane, exemple archétypal du magnétisme quantique, est constituée de spins S=1 couplés anti-ferromagnétiquement et héberge à ses extrémités des excitations de bord fractionnaires S=1/2. Cette chaîne de spin constitue une ressource intriquée prometteuse pour le calcul quantique basé sur la mesure (MBQC), pour la création de mémoires quantiques robustes et des fils quantiques parfaits. La chaîne de Shiba est constituée de spins couplés à un supraconducteur et héberge à ses extrémités des états liés de Majorana à énergie nulle. Des travaux théoriques suggèrent que le couplage des modes de Majorana avec des systèmes à deux niveaux tels que des spins simples pourrait fournir un moyen de lecture et de manipulatin des modes de Majorana. Récemment, les chaînes de spin Shiba/Majorana et Haldane ont été fabriquées grâce à l'auto-organisation d'adatomes et de molécules magnétiques en chaînes sur divers substrats sous ultra-vide (UHV). Ces chaînes de spin ont été caractérisées par microscopie et spectroscopie à effet tunnel standard (STM/STS), mais leur dynamique de spin quantique n'a pas encore été étudiée. Les progrès récents de la résonance de spin électronique-STM (ESR-STM) rendent désormais possible l'étude de la résonance de spin sur des atomes uniques. De plus, l'ESR-STM pulsé a été développé pour manipuler les états de spin quantique à travers des séquences micro-ondes, comme cela est bien connu dans les expériences standards de RMN/ESR. Le principe de l'ESR-STM consiste à mesurer le courant tunnel polarisé en spin en fonction de la fréquence d'un signal micro-onde (DC- 40 GHz), ce qui permet d'identifier la fréquence de Larmor d'un centre paramagnétique situé sous la pointe. Dans ce projet, nous auto-assemblerons des chaînes de spin moléculaires sur isolant (MgO) et supraconducteurs (Pb,Ta-Ox,Re) pour obtenir des chaînes de Haldane et Shiba/Majorana. Les chaînes de spin moléculaires seront obtenues soit à partir de complexes de métaux de transition, soit à partir de molécules aromatiques polycycliques. En utilisant l'ESR-STM à onde continue (CW) avec résolution atomique, nous obtiendrons des cartes spatiales du spectre de fréquence d'excitation magnétique le long de la chaîne. Avec l'ESR-STM pulsé, nous allons extraire des paramètres physiques cruciaux pour ces chaînes de spin en acquérant des cartes spatiales de la relaxation spin-réseau (T1) et de la cohérence de phase (T2). Ces mesures permettront de tester non seulement l'existence des excitations topologiques mais également de tester l'amélioration du temps de cohérence quantique apportée par la protection topologique.