Mode de Higgs dans les hétéro-jonctions supraconductrices

Higgs mode in superconducting heterojunctions

• Auteur / Autrice : Pierre Vallet
• Direction : Jérôme Cayssol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 16/10/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
• Jury : Président / Présidente : Philippe Tamarat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Bouchiat, Luka Trifunovic
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marco Aprili, Manuel Houzet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement terahertz

Symétrie brisée (physique)

Bosons de Higgs

Supraconductivité

Matière condensée

Mots clés libres

Matière condensée

Supraconductivité

Mode de Higgs

Brisure de symétrie

Réponse non-Linéaire

THz

Condensed matter

Superconductivity

Higgs mode

Symmetry breaking

Non-Linear response

THz

Résumé

Le développement des technologies THz durant les dix dernières années a permis la détection directe du mode de Higgs dans les supraconducteurs. Dans cette thèse nous proposons d'étudier théoriquement le transport de trois systèmes d'hétéro-jonctions supraconductives présentant des signatures du mode de Higgs. Nous avons dans un premier étudier la possibilité d'exciter le mode de Higgs dans un supraconducteur propre (en l'absence d'impureté) à l'aide d'une irradiation THz. Ce problème est toujours discuté à l'heure actuelle, plusieurs résultats contradictoires prédisant la possibilité et l'impossibilité d'exciter le mode. Nous avons démontré dans cette thèse que cette excitation était possible en présence d'un mécanisme de dépariement des paires de Cooper. En l'absence d'un tel mécanisme le mode de Higgs est identiquement nul dans un système propre. Ensuite, nous avons montré dans une approche quasi-classique qu'il existait une signatures résonante du mode de Higgs dans le courant ac d'une jonction tunnel propre NIS, le mode de Higgs étant lui-même résonant à la fréquence égale au gap supraconducteur. Pour continuer notre étude des systèmes propres, nous nous sommes intéressé à une jonction balistique NSN dans le formalisme de Floquet. Aux interfaces NS il est connu qu'un électron peut être réfléchi en un trou par le mécanisme de réflexion d'Andreev. L'interaction de cet effet avec la présence du mode de Higgs produit une signature de ce dernier dans la conductance différentielle de la jonction sous la forme d'un plateau. Le dernier système que nous avons étudié était une jonction Josephson. L'interaction entre le mode de Higgs et l'effet Josephson produit de nombreux effets détectables dus au mode de Higgs : un pic de courant dc, un courant ac en l'absence de différence de tension dans la jonction ou encore la présence de pics dans le courant ac, produit de l'interaction entre le mode de Higgs et le transport assisté par photon.

The development of THz technologies over the last ten years has enabled the direct detection of the Higgs mode in superconductors. In this thesis, we propose to study theoretically the transport of three superconducting heterojunction systems exhibiting Higgs mode signatures. We first investigated the possibility of exciting the Higgs mode in a clean superconductor (in the absence of impurities) using THz irradiation. This problem is still being debated today, with several contradictory results predicting the possibility and impossibility of exciting the mode. In this thesis, we have demonstrated that such excitation is possible in the presence of a Cooper pair depairing mechanism. In the absence of such a mechanism, the Higgs mode is identically zero in a clean system. Next, we showed in a quasi-classical approach that there is a resonant signature of the Higgs mode in the ac current of a NIS clean tunnel junction, the Higgs mode itself being resonant at the frequency equal to the superconducting gap. To continue our study of clean system, we turned our attention to an NSN ballistic junction in the Floquet formalism. At NS interfaces, it is known that an electron can be reflected into a hole by the Andreev reflection mechanism. The interaction of this effect with the presence of the Higgs mode produces a Higgs signature in the differential conductance of the junction in the form of a plateau. The last system we studied was a Josephson junction. The interaction between the Higgs mode and the Josephson effect produces a number of detectable effects due to the Higgs mode: a dc current peak, an ac current in the absence of a voltage difference in the junction, or the presence of peaks in the ac current, a product of the interaction between the Higgs mode and photon-assisted transport.