Transport d'Andreev dans des boîtes quantiques et effet Josephson dans des couches minces à fort couplage spin-orbite

Andreev transport in quantum dots and Josephson effect in spin-orbit coupled thin films

• Auteur / Autrice : Alexandre Assouline
• Direction : Hervé Aubin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 09/10/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (Paris ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Abhay Shukla
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marco Aprili, Adeline Crépieux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Courtois, Francesco Giazotto

Mots clés

Mots clés contrôlés

Points quantiques

Couches minces supraconductrices

Nanofils

Josephson, Effet

Mots clés libres

Josephson

Boîtes quantiques

Spin-Orbite

Supraconducteurs

Semi-Conducteurs

Nanofils

Couches minces

Josephson

Quantum dots

Spin orbit

Supraconfuctors

Semiconductors

Nanowires

Thin films

Résumé

Les jonctions Josephson sont les briques de base des circuits supraconducteurs. Elles sont constituées de deux supraconducteurs séparés par une barrière isolante. Dans cette thèse, nous présentons deux expériences où la barrière isolante est remplacée par un semi-conducteur. Dans la première, nous étudions des nanofils dans le régime du blocage de Coulomb, où le nombre d'électrons peut être controlé, un par un, jusqu'à induire une transition entre un régime métallique et un régime isolant. A travers cette transition, nous avons observé qu'un spin électronique se comporte comme une impureté magnétique et donne lieu à la formation d'états électroniques discrets entre les électrodes supraconductrices. La compréhension de ces dispositifs est essentielle pour le développement de la nanoélectronique à base de supraconducteur. Dans la seconde expérience, nous étudions l'effet Josephson dans des couches minces où le mouvement des électrons dépend de leur orientation de spin. Ce couplage spin-orbite est essentiel dans un grand nombres de travaux théoriques visant à découvrir des nouvelles phases de la matière. Nous démontrons par cette expérience que le couplage spin-orbite peut être sondé par des mesures sensibles à la différence de phase entre les électrodes supraconductrices qui forment la jonction Josephson.

Josephson junctions are the building blocks of superconducting electronics. They are made of two superconductors separated by an insulating barrier. In this thesis, we present two experiments where the insulating barrier is replaced by a semiconductor. In the first one, we study nanowires in the regime of Coulomb blockade, where the number of electrons can be controlled, one by one, until a metal-insulator transition is induced. Across this transition, we observed that a single electronic spin behaves like a magnetic impurity and leads to the formation of discrete electronic states between the superconducting electrodes. The understanding of such devices is crucial for the development of superconducting nanoelectronics. In the second experiment, we study the Josephson effect in thin films where the electron motion is coupled to its spin. This spin-orbit interaction is essential in a wide number of theoretical works aiming at discover new phases of matter. We demonstrate that spin-orbit coupling can be probed by phase sensitive measurements of the Josephson current.