Etats liés magnétiques dans les supraconducteurs 2D – MagSta2D

Le couplage d’échange entre des adsorbats magnétiques et une surface supraconductrice induit des états liés, dits de Yu-Shiba-Rusinov (YSR). Sur un supraconducteur tridimensionnel massif, ces états sont spatialement peu étendus. Néanmoins, à la surface d’un supraconducteur bidimensionnel, les états YSR sont bien plus étendus, ce qui permet de les coupler plus facilement entre eux. L’hybridation et l’interaction magnétique entre états YSR se traduit par une répulsion et des décalages de niveaux d’énergie. Pour certains jeux de paramètres de couplage, les états YSR qui apparaissent dans des structures bidimensionnelles étendues pourraient être de nature topologique.
Afin d'aller au-delà des interactions possibles sur la surface d’un supraconducteur tridimensionnel, nous allons croître et caractériser des hétérostructures basées sur des supraconducteurs bidimensionnels. Notre consortium combine l’expertise dans la croissance par épitaxie par jets moléculaires (MBE), à celle des techniques de la microscopie à effet tunnel à haute résolution et à basse température. Notre collaboration permettra de suivre l’évolution des états YSR, dans des structures allant de la molécule adsorbée unique, jusqu’à des îlots étendus de structures bidimensionnelles (et donc en monocouches), elles-mêmes à la surface de monocouches de NbSe2 ou de graphène sur rhénium, tous deux supraconducteurs. Les multiples possibilités dans le choix des adsorbats moléculaires rendent accessible un grand espace des paramètres de moments magnétiques, de couplage d’échange avec la surface, ainsi que du couplage entre adsorbats, médié par le substrat. Cela va nous permettre d’explorer un grand volume du diagramme de phase magnétique de ces systèmes, à la recherche d’états topologiques.
De plus, nous allons croître par MBE des hétérostructures, combinant des couches atomiquement fines de NbSe2 supraconducteur avec d’autres dichalcogénures de métaux de transition, aux propriétés magnétiques. Le choix de la couche magnétique permet ici aussi de varier le couplage d’échange entre les deux matériaux. Par ailleurs, nous allons étudier l’influence de la taille des îlots magnétiques sur les éventuels états de bord topologiques, ainsi que l’interaction entre îlots adjacents.
Notre analyse systématique des états YSR générés par des couches métallo-organiques ou encore inorganiques, à la surface de supraconducteurs bidimensionnels va permettre une compréhension poussée des couplages d’échange en jeu, ainsi que des textures magnétiques de ces couches. Nos conclusions pourraient permettre des avancées importantes dans la recherche d’états topologiques dans les hétérostructures de supraconducteurs bidimensionnels.