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

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

• Auteur / Autrice : Alexis Morvan
• Direction : Julien Gabelli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 07/02/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Karyn Le Hur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Gabelli, Karyn Le Hur, Jérôme Cayssol, Fabrice Mortessagne, Jean-Noël Fuchs, Fabrice Lemoult
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jérôme Cayssol, Fabrice Mortessagne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique en basse dimension

Graphène

Supraconducteurs

Mots clés libres

Circuits supraconducteurs

Réseau nid d’abeille

Isolant de Semenoff

État de bord

Topologie

Superconducting circuits

Honeycomb lattice

Semenoff insulator

Edge states

Topology

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.

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.