Spin and charge effects in Andreev Bound States
Auteur / Autrice : | Cyril Metzger |
Direction : | Marcelo Fabian Goffman, Hugues Pothier |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 10/03/2022 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne) |
référent : Faculté des sciences d'Orsay | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Anne Anthore |
Examinateurs / Examinatrices : Ioan Mihai Pop, Christian Schönenberger, Julia Meyer, Valla Fatemi, Juan Carlos Cuevas | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Ioan Mihai Pop, Christian Schönenberger |
Mots clés
Résumé
Nous présentons les résultats d’expériences sondant les propriétés des états d’Andreev dans des liens faibles supraconducteurs à base de nanofils d’Arséniure d’Indium (InAs). Les états d’Andreev sont des états fermioniques localisés qui apparaissent à la jonction (ou lien faible) entre deux électrodes supraconductrices. Ils sont au coeur de la description microscopique de l'effet Josephson. Les nanofils d’InAs permettent d’obtenir des liens faibles de longueur finie, caractérisés par un couplage spin-orbite et des propriétés de conduction ajustables électrostatiquement.Par la technique d'électrodynamique quantique en circuit (cQED), qui consiste à coupler le lien faible à un résonateur microonde de fort facteur de qualité, les états d’Andreev peuvent être isolés efficacement du bruit extérieur, et la lecture de la fréquence du résonateur donne accès à leur occupation. Nous modélisons ce couplage pour atteindre une sensibilité optimale et comprendre en détail la réponse du résonateur couplé au lien faible.Nous avons mesuré les spectres des états d’Andreev, et leur dépendance en différence de phase supraconductrice. Ces spectres mettent en évidence deux effets. Le premier est la levée de la dégénérescence de spin des états du fait du couplage spin-orbite. Cela se traduit par des lignes spectroscopiques caractérisant le changement de l'état de spin d'une quasiparticule unique dans le lien faible. Le seconde est l’influence des interactions coulombiennes entre quasiparticules, réminiscentes de la séparation entre états singulet et triplet de deux spins 1/2 en interaction. La modélisation théorique des liens faibles de longueur finie permet de rendre compte de ces effets.Nous caractérisons également les états d’Andreev par des mesures résolues en temps. Des bits quantiques (qubits) sont obtenus soit en utilisant l’état fondamental et un état où une paire de quasiparticules est excitée ; soit deux états avec une quasiparticule dans des états d’Andreev différents. Nous avons mesuré les temps de vie et temps de cohérence de ces deux types de « qubits d’Andreev ».