Vers la détection directe de la supraconductivité triplet via la résonance de spin

Towards a direct probe of triplet superconductivity via spin resonance

• Auteur / Autrice : Sara Loucif
• Direction : Charis Quay
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• 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
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Supraconductivité

Physique mésoscopique

Matériaux 2D

Spintronique

2D materials

Spintronics

Superconductivity

Mesoscopic physics

Résumé

Alors que l'état fondamental des supraconducteurs conventionnels (Bardeen Cooper Schrieffer) est un état singulet de spin d'électrons appariés (paires de Cooper), la supraconductivité triplet devrait apparaître dans les systèmes avec des corrélations supraconductrices où existent des champs magnétiques non colinéaires, par exemple les textures magnétiques. Il a récemment été prédit que des paires de triplets existent dans les supraconducteurs avec couplage spin-orbite (ISOC) d'Ising (ou valley Zeeman), comme le dichalcogénure de métal de transition NbSe2, en raison de la non-colinéarité entre le champ d'Ising, qui tient les paires de Cooper hors du plan, et un champ magnétique appliqué dans le plan. Malgré des efforts importants et quelques preuves préliminaires, l'existence de la supraconductivité triplet à spin égal reste une question en suspens. Nous proposons une nouvelle approche : couplage direct au degré de liberté de spin des paires de triplets dans les mesures de résonance. Le doctorant commencera par une simple continuation des travaux antérieurs de notre équipe et nos collaborateurs, c'est-à-dire la recherche de signatures spectrales prédites de paires de triplets dans des mesures en tunnel telles qu'elles ont été réalisées dans le passé. En parallèle, nous effectuerons des simulations, la fabrication et la caractérisation de résonateurs (supraconducteurs ou diélectriques) pour des mesures de résonance de spin. Après des tests sur des systèmes plus connus tels que les métaux ferromagnétiques ou les isolants, la technologie ainsi développée sera utilisée pour la résonance de spin de paires de triplets dans le NbSe2 supraconducteur. La détection de résonance se fera soit en régime micro-onde, soit par transport quantique (courant critique, inductance cinétique, conductance tunnel…). Le doctorant serait également le bienvenu pour participer à des projets connexes dans le groupe, notamment autour de la supraconductivité et de l'interaction spin-orbite.

While the ground state of conventional (Bardeen Cooper Schrieffer) superconductors is a spin singlet state of paired electrons (Cooper pairs), triplet superconductivity is expected to arise in systems with superconducting correlations in which non-colinear magnetic fields exist, perhaps most notoriously in magnetic textures. Triplet pairs have recently been predicted to exist in superconductors with Ising (or valley Zeeman) spin-orbit coupling (ISOC), such as the transition metal dichalcogenide NbSe2, due to the non-colinearity between the Ising field, which pins Cooper pair spins out-of-plane, and an applied in-plane magnetic field. Despite significant efforts and some preliminary evidence, the existence of equal-spin triplet superconductivity remains an unsettled question. We propose a novel approach: coupling directly to the triplet pairs' spin degree of freedom in resonance measurements. The PhD student will begin with a straightforward continuation of previous work, i.e. the search for predicted spectral signatures of triplet pairs in tunnel measurements such as have been performed in the past. In parallel, we shall perform simulations, fabrication and characterisation of resonators (either superconducting or dielectric) for spin resonance measurements. After tests on better-known systems such as ferromagnetic metals or insulators, the technology thus developed will be used for spin resonance of triplet pairs in superconducting NbSe2. Resonance detection will be either in the microwave regime, or through quantum transport (critical current, kinetic inductance, tunnel conductance ). The PhD student would also be welcome to participate in related projects in the group, notably around superconductivity and the spin-orbit interaction. Further information is available upon requestion.