Doctorat théorie de la matière condensée (H/F)

Sujet de thèse :
Inhomogénéités dans les supraconducteurs à bande plate

Des études expérimentales récentes sur le graphène bicouche torsadé (TBG) et d'autres matériaux torsadés ont révélé des diagrammes de phase d'une complexité inattendue avec des phases exotiques de la matière quantique [1]. Parmi celles-ci, elles ont révélé des phases supraconductrices hautement non conventionnelles avec des bandes ultraplates, qui ne peuvent pas être décrites par la théorie BCS conventionnelle. En raison de leur très faible vitesse de Fermi, la longueur de cohérence supraconductrice  prédite par la théorie BCS (qui est proportionnelle à la vitesse de Fermi) est plus de 20 fois plus courte que les valeurs mesurées. Des développements théoriques récents [2] montrent que la longueur de cohérence est plutôt régie par la métrique quantique des états de Bloch (qui mesure la distance entre deux états de Bloch adjacents).
Lorsqu'une impureté magnétique est intégrée dans un supraconducteur, son moment local agit comme un briseur de paires de Cooper, créant des excitations d'états liés intra-gap dont l'étendue spatiale peut être extrêmement grande et est régie par . Ceci est également vrai pour d'autres états liés dans les supraconducteurs tels que les états liés d'Andreev dans les jonctions normales supraconductrices ou les états liés de Majorana dans les supraconducteurs topologiques. Dans cette thèse, nous aimerions étudier théoriquement comment le paramètre d'ordre supraconducteur réagit à diverses inhomogénéités. Plus précisément, nous aimerions tout d'abord analyser le problème d'une impureté magnétique dans un supraconducteur à bande plate et déchiffrer si et comment la métrique quantique apparaît dans l'équation de l'état lié. Nous l'étendrons ensuite à de nombreuses impuretés et à d'autres sources d'inhomogénéités.
À plus long terme, notre compréhension des systèmes hybrides (jonctions Josephson) impliquant de tels supraconducteurs à bande plate doit être complètement révisée : cela inclut toute l'ingénierie quantique qui a été développée avec les supraconducteurs mésoscopiques.

[1] Y. Cao et al., Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices, Nature 556, 43 (2018).
[2] S. A. Chen and K. T. Law, Ginzburg-Landau Theory of Flat-Band Superconductors with Quantum Metric, Phys. Rev. Lett. 132, 026002 (2024).
[3] G. C. Ménard et al., Coherent long-range magnetic bound states in a superconductor, Nature Physics 11, 1013 (2015).

Contexte :
Le Laboratoire de Physique des Solides est une unité mixte de recherche (UMR 8502) de l'Université Paris-Saclay et du CNRS. Il est affilié à l'Institut de Physique du CNRS et à la 28e section du Conseil National des Universités. Le LPS est membre de la Fédération Friedel-Jacquinot, structure de coordination de la physique sur le plateau du Moulon à Orsay (IdF).
Il regroupe une centaine de chercheurs et enseignants-chercheurs, expérimentateurs et thé
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