Étude Théorique des États Liés Quantiques dans les Matériaux de Dirac

Theoretical Study of Quantum Bound States in Dirac Materials

• Auteur / Autrice : Reda Nabil
• Direction : Andrej Meszaros, Pascal Simon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• 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

Graphène

Impureté

Topologie

Fonction de Green

Dislocations

Graphene

Impurity

Topology

Green's function

Dislocations

Résumé

Les matériaux dichalcogénures de métaux de transition (TMD) présentent un fort couplage spin-orbite et des signatures de divers états électroniques topologiques quantiques, y compris des états topologiques isolants et supraconducteurs. Bien que différents types de défauts dans les matériaux TMD aient été reconnus comme importants pour leur comportement électrique et magnétique global, les différents états liés possibles attachés aux défauts ne sont pas compris en détail. Une question clé est de savoir si les défauts des matériaux peuvent être utilisés pour comprendre les propriétés de ces états électroniques, et si les électrons se lient aux défauts pour former des quasiparticules quantiques non conventionnelles qui pourraient potentiellement avoir des applications. Une partie de la motivation de ce projet repose sur les récentes activités expérimentales menées au C2N Saclay sur les TMDs, montrant des états électroniques liés aux défauts fortement anisotropes, et développant des expériences de pointe qui promettent l'accès à la dynamique de spin de ces états liés. Au cours de ce doctorat, l'étudiant caractérisera la charge locale et la dynamique de spin de diverses impuretés et défauts de réseau dans des modèles d'isolants, de semi-métaux et de supraconducteurs TMD. Les états liés quantiques seront étudiés à l'aide de calculs analytiques dans des théories de type Dirac à basse énergie, complétés par des calculs numériques sur des modèles de réseau à liaison étroite. Nous envisageons également une étude théorique des statistiques non-conventionnelles possibles de ces états liés.

Transition metal dichalcogenide (TMD) materials have a strong spin-orbit coupling and show signatures of various quantum topological electronic states, including topological insulating and superconducting states. Although various kinds of defects in TMD materials were recognized as important for their overall electric and magnetic behavior, the various possible bound states attached to defects are not understood in detail. A key question is whether material defects can be used to understand the properties of these electronic states, and whether the electrons bind to the defects to form unconventional quantum quasiparticles that could potentially have applications. One part of the motivation of this project relies on the recent experimental activities led at C2N Saclay on TMDs, showing highly anisotropic defect-bound electronic states, and developing state-of-the-art experimentsthat promise access to spin dynamics of such bound states. During this PhD, the student will characterize the local charge and spin dynamics of various impurities and lattice defects in models of TMD insulators, semimetals and superconductors. Quantum bound states will be studied using analytical calculations in low-energy Dirac-like theories, complemented with numerical tight-binding lattice model calculations. We also envision a challenging theoretical study of the possible unconventional braiding statistics of these bound states.