Doctorat : ESR-STM on superconducting 2D materials. H/F

Sujet de thèse :
Ces dernières années, la microscopie à effet tunnel à balayage sensible au spin (SP-STM) s'est imposée comme une technique puissante pour sonder les propriétés de spin avec une résolution atomique. Elle permet de mesurer à la fois la polarisation de spin et les spectres d'excitation de spin grâce à la spectroscopie tunnel inélastique et à la technique ESR-STM (résonance de spin électronique par STM). Des travaux récents [1] ainsi que des mesures réalisées au sein du groupe (Fig. 1) ont démontré que les techniques SP-STM et ESR-STM permettaient de caractériser le spectre d'excitation de spin de molécules individuelles de phtalocyanine de fer (FePc) déposées sur une surface Ag/MgO(100).
L'un des objectifs majeurs consiste désormais à étendre l'application de l'ESR-STM à de nouveaux systèmes présentant des types inédits d'excitations de spin dotés de propriétés topologiques non triviales.
Le premier objectif de cette thèse est de mettre en œuvre l'ESR-STM sur des molécules de phtalocyanine magnétique adsorbées sur du NbSe2 supraconducteur. Il a déjà été démontré que la molécule MnPc présente, sur le NbSe2, une coexistence d'états de Yu-Shiba-Rusinov et d'excitations par retournement de spin [2]. Par la suite, nous procéderons à la croissance de NbSe2 sur un substrat de graphène/Ir ; cette démarche s'appuie sur des travaux antérieurs montrant qu'il est possible de faire croître une monocouche supraconductrice de NbSe2 sur des templates à base de graphène faiblement couplés [3], ainsi que sur l'observation récente par ESR-STM de défauts de spin individuels dans le système MoS2 monocouche/graphène/Ir [4].
Dans une étape ultérieure, nous envisagerons la croissance de matériaux 2D de type halogénures magnétiques — en particulier le CrCl3 — sur du NbSe2 supraconducteur. La présence d'états de Yu-Shiba-Rusinov localisés aux bords de ce système le rend particulièrement pertinent pour l'étude des phénomènes topologiques liés au spin et à la supraconductivité à l'échelle atomique [5].


[1] X. Zhang et al., “Electron spin resonance of single iron phthalocyanine molecules and role of their non-localized spins in magnetic interactions,” Nature Chemistry, vol. 14, pp. 59–65, Nov. 2021, doi: 10.1038/s41557-021-00827-7.
[2] S. Kezilebieke, R. Žitko, M. Dvorak, T. Ojanen, and P. Liljeroth, “Observation of Coexistence of Yu-Shiba-Rusinov States and Spin-Flip Excitations,” Nano Letters, vol. 19, pp. 4614–4619, Nov. 2018, doi: 10.1021/acs.nanolett.9b01583.
[3] K. H. Au-Yeung et al., “Atomic-Scale Quantum Control of Single Spin Defects in a Two-Dimensional Semiconductor,” Feb. 25, 2026.
[4] P. Dreher et al., “Proximity Effects on the Charge Density Wave Order and Superconductivity in Single-Layer NbSe2,” ACS Nano, vol. 15, pp. 19430–19438, Nov. 2021, doi: 10.1021/acsnano.1c06012.
[5] J. Cuperus, A. H. Kole, A. R. Botello-Méndez, Z. Zanolli, D. Vanmaekelbergh, and I. Swart, “One dimensional edge localiz
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