Honeycomb lattices of superconducting microwave resonators : Observation of topological Semenoff edge states

par Alexis Morvan

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Julien Gabelli.

Soutenue le 07-02-2019

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne ; 1959-....) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Karyn Le Hur.

Le jury était composé de Julien Gabelli, Karyn Le Hur, Jérôme Cayssol, Fabrice Mortessagne, Jean-Noël Fuchs, Fabrice Lemoult.

Les rapporteurs étaient Jérôme Cayssol, Fabrice Mortessagne.

  • Titre traduit

    Réseaux en nid d'abeille de résonateurs supraconducteurs : observation d'états de bords topologiques de Semenoff


  • Résumé

    Cette thèse décrit la réalisation et l’étude de réseaux bidimensionnels de résonateurs supraconducteurs en nid d’abeille. Ce travail constitue un premier pas vers la simulation de systèmes de la matière condensée avec des circuits supraconducteurs. Ces réseaux sont micro-fabriqués et sont constitués de plusieurs centaines de sites. Afin d’observer les modes propres qui y apparaissent dans une gamme de fréquence entre 4 et 8 GHz, nous avons mis au point une technique d’imagerie. Celle-ci utilise la dissipation locale créée par un laser avec lequel nous pouvons adresser chaque site du réseau. Nous avons ainsi pu mesurer la structure de bande et caractériser les états de bord de nos réseaux. En particulier, nous avons observé les états localisés qui apparaissent à l'interface entre deux isolants de Semenoff ayant des masses opposées. Ces états, dits de Semenoff, sont d'origine topologique. Nos observations sont en excellent accord avec des simulations électromagnétiques ab initio.


  • Résumé

    This thesis describes the realization and study of honeycomb lattices of superconducting resonators. This work is a first step towards the simulation of condensed matter systems with superconducting circuits. Our lattices are micro-fabricated and typically contains a few hundred sites. In order to observe the eigen-modes that appear between 4 and 8 GHz, we have developed a mode imaging technique based on the local dissipation introduced by a laser spot that we can move across the lattice. We have been able to measure the band structure and to characterize the edge states of our lattices. In particular, we observe localized states that appear at the interface between two Semenoff insulators with opposite masses. These states, called Semenoff states, have a topological origin. Our observations are in good agreement with ab initio electromagnetic simulations.


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