Dynamique Résolue en Temps des Etats de Bords Hélicaux – TiReDHel

L’un des aspects les plus prometteurs des isolants topologiques est la présence d’états hélicaux balistiques. Ce sont des états électroniques unidimensionnels avec un verrouillage spin-moment orbital qui les protège de la rétrodiffusion. Lorsqu’ils sont couplés à des électrodes supraconductrices, un supercourant est transporté par des états liés d’Andreev (ABS) qui présentent le même verrouillage. Cependant les mécanismes de protection notamment le rôle du spin et de la conservation de la parité sont encore mal compris. Nous proposons de nous attaquer à ce problème par des mesures de dynamique et des mécanismes de relaxation de ces états.
Nous voulons développer un détecteur de champ magnétique ultrasensible en combinant un amplificateur cryogénique à des senseurs à magnétorésistance géante, tous deux fabriqués dans nos équipes. Nous pourrons alors détecter les fluctuations de supercourant à l’équilibre dans des jonctions supraconducteurs-isolants topologiques. Celles-ci proviennent des excitations thermiques des ABS qui relaxent avec un temps caractéristique, le temps de relaxation inélastique, qui peut atteindre quelques millisecondes. Il est donc possible de détecter ces fluctuations du supercourant en temps réel. Pour cela, nous envisageons d’améliorer la sensibilité et la bande passante de nos détecteurs jusqu’à quelques MHz pour détecter en temps réel les fluctuations des ABS topologiques. Nous utiliserons différents matériaux topologiques (nanofils de Bi, WTe2 et Bi4Br4) dont nous maitrisons la fabrication. Enfin, une telle sensibilité devrait permettre la mesure des courants permanents dus aux boucles formées par ces états hélicaux dans des isolants topologiques isolés. Cela constituerait une preuve forte et directe de la présence de ces états hélicaux unidimensionnels.