Les textures magnétiques pour la supraconductivité topologique

Magnetic textures for topological superconductivity

• Auteur / Autrice : Maxime Garnier
• Direction : Pascal Simon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 02/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• 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 : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : André Thiaville
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Cayssol, Julia Meyer, Bernd Braunecker, Karyn Le Hur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Cayssol, Julia Meyer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Topologie

Magnétisme

Supraconductivité

Matière condensée

Mots clés libres

Supraconductivité

Magnétisme

Topologie

Skyrmion magnétique

Fermion de Majorana

Superconductivity

Magnetism

Topology

Magnetic skyrmion

Majorana fermion

Résumé

Dans le cadre des recherches sur la supraconductivité topologique et le fermion de Majorana, on s'intéresse à différents aspects de systèmes composés d'une texture magnétique d'une part et d'un supraconducteur conventionnel d'autre part. En particulier, en deux dimensions d'espace, on analyse la situation où les électrons du supraconducteur sont couplés à un skyrmion magnétique, une texture au cœur de nombreux développements récents en spintronique. Dans la lignée de travaux récents, on montre que cette texture permet de générer une phase topologique tout en affinant la compréhension de ses caractéristiques et en analysant sa robustesse à certaines déformations géométriques. Ces résultats suggèrent de renforcer la compréhension de ces systèmes en analysant la question des effets orbitaux induits par le champ magnétique créé par le skyrmion. Même si la question initiale de la possible nucléation de vortex supraconducteur est restée sans réponse, on a confirmé la stabilité de la phase topologique aux effets orbitaux. Dans cette perspective, on s'intéresse finalement aux conséquences des excitations magnétiques sur les propriétés des excitations topologiques pour des systèmes magnétiques plus simples que les skyrmions.

In the context of the search for topological superconductivity and the Majorana fermion, we analyze several aspects of magnetic textures coupled to conventional superconductors. In particular, we focus on the case where the texture is a magnetic skyrmion which is by itself much studied in the field of spintronics. In the spirit of recent work, we show that this texture can generate a topological superconducting phase. We further investigate its properties and more particularly its stability with respect to geometrical deformations. These results call for a deeper understanding of the physics of these systems. To that end, we next focus on the orbital effects induced by the skyrmion-generated magnetic field. Despite the fact that the original question of vortex nucleation remains unanswered, we show that the topological phase is stable upon coupling to the skymion's magnetic vector potential. Motivated by these results, we finally investigate the effects of magnetic excitations of simpler magnetic systems on the topological excitations.