Ingénierie de phase quantique d'une monocouche métallique sur un semi-conducteur

par Jonathan Baptista

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Dimitri Roditchev et de Stéphane Pons.

Le président du jury était Emmanuelle Lacaze.

Le jury était composé de Anne Ponchet.

Les rapporteurs étaient Laurence Masson, Fabien Silly.


  • Résumé

    La supraconductivité dans les monocouches métalliques est un phénomène peu compris et il peut être la clé pour l’informatique quantique. Afin de mieux comprendre ce phénomène et d’étudier d'autres phénomènes physiques intéressants comme l'interaction spin-orbite du type Rashba et leur influence dans la supraconductivité, un mélange de différents métaux déposés sur un semi-conducteur se présente comme un système prometteur. Dans un premier temps, nous avons étudié la phase SIC (Striped Incommensurate) Pb/Si(111) qui est un supraconducteur à T_c~1.8 K à l’aide d’un microscope à effet tunnel à basse température. Par l’étude des interférences de quasiparticules, nous montrons que deux domaines voisins possèdent des comportements physiques différents. Par un mélange d’or et de plomb dans cette monocouche métallique déposée sur le silicium, une nouvelle phase appelée SIC décorée est découverte, qui est composée de différentes terrasses. Chaque terrasse est encerclée par une double rangée atomique. Par des Oscillations de Gundlach, nous montrons que la nature de ces lignes et le contenu qu’elles encerclent ne sont pas les mêmes. Ces lignes sont attribuées aux atomes d’or et, même si le relief présente différents niveaux, il a été démontré qu’ils possèdent la même structure cristallographique. Les mesures de transport effectuées sur la SIC et la SIC décorée montrent que le système est sensible aux défauts. En effet, nous observons que la transition supraconductrice n’est pas atteinte pour la SIC, tandis que pour la SIC décorée cette transition est atteinte, peut-être que les atomes d’or présents favorisent la propagation de la supraconductivité dans ce dernier système.

  • Titre traduit

    Quantum phase engineering of a metallic monolayer on a semiconductor


  • Résumé

    Superconductivity in metallic monolayer systems is a poorly understood phenomenon and it may be the key for quantum computing. For a better understanding of this phenomenon and to study other physical interesting phenomena like Rashba spin-orbit interaction and their influence on superconductivity, a mixing of different metals evaporated on a semiconductor is presented as a promising system. Firstly, we studied the SIC (Striped Incommensurate) Pb/Si(111) phase which is a superconductor at T_c~1.8 K using a scanning tunnelling microscope at low temperature. Studying the quasiparticle interferences patterns, one can show that two neighbouring domains have different physical behaviours. Making thus a mixture of gold and lead in the metallic monolayer evaporated on the silicon, a new phase called Decorated SIC is found, which is composed of different terraces. Each terrace is encircled by a double atomic line. Performing Gundlach Oscillations, one can show that the nature of these lines and the content which they encircle are not the same. These lines are attributed to gold atoms and, although the relief has different levels, it has been shown to have the same crystallographic structure. The transport measurements made on the SIC and Decorated SIC show that the system is sensitive to defects. Indeed, we observe that the superconducting transition is not reached for the SIC, whereas for the Decorated SIC this transition is reached, maybe the present gold atoms favor the propagation of the superconductivity in this latter system.


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