Visualisation des spin quantiques sur un supraconducteur – QSpinS

Les réseaux magnétiques déposés sur les supraconducteurs peuvent être utilisés comme qubits. Ces qubits constituent une plateforme particulièrement prometteuse pour le calcul et la simulation quantiques, car ils devront montrer des temps de cohérence exceptionnellement longs. Cela est dû, d'une part, au gap énergétique du supraconducteur et, d'autre part, à la protection topologique prévue par la théorie.
À ce jour, les spins des supraconducteurs ont été étudiés par microscopie à effet tunnel (STM), idéale pour visualiser, manipuler et mesurer à l'échelle atomique. Néanmoins, cela n'a été fait que dans les limites classiques et statiques. La principale stratégie pour créer des qubits robustes a été de modifier la structure de bande des réseaux magnétiques en modifiant leur orientation sur le supraconducteur sous-jacent ou leur couplage à celui-ci. En parallèle, la résonance de spin électronique (ESR) à basse fréquence (<1kHz) de spins quantiques sur des substrats MgO/Ag a été récemment développée.
Je propose de combiner ces deux techniques dans un nouvel instrument pour étudier la dynamique des spins quantiques sur les supraconducteurs et leurs interactions avec le condensat supraconducteur. Cet instrument sera basé sur un STM à fréquence finie (shot-noise) développé dans notre groupe, dont le rapport signal/bruit à 1MHz est déjà supérieur d'un ordre de grandeur aux ESR-STM actuels. De plus, contrairement aux ESR-STM actuels, l'excitation sera assurée par des résonateurs diélectriques : un convertisseur très efficace de la puissance radiofréquence en champ magnétique, qui permet d'optimiser la géométrie du champ micro-onde. Enfin, une nouvelle méthode de détection basée sur le décalage énergétique des états de Yu-Shiba-Rusinov nous permet d'utiliser des pointes non magnétiques, et donc de régler indépendamment l'excitation et la détection. Tous ces éléments permettront de réduire considérablement le caractère invasif de la lecture et de préserver le temps.