Thèse Angles Magiques d'Ordres Supérieurs dans les Moirés de Graphène Bicouche H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Institut Néel Direction de la thèse : Laëtitia MARTY ORCID 0000000242459878 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59 Il a été démontré que le graphène bicouche twisté (TBG) présente des propriétés électroniques remarquables à l'angle magique, notamment des phénomènes de forte corrélation, tels que de la supraconductivité et des transitions d'isolant de Mott. Ces propriétés quantiques dépendent d'effets de localisation particuliers au premier angle magique (~1° pour le TBG).
Cependant, une question importante demeure : quelles propriétés et quels nouveaux phénomènes physiques émergent aux angles magiques d'ordre supérieur ? Une façon d'obtenir une telle physique de forte corrélation dans le TBG consiste à modifier le couplage intercouche, et donc la valeur des angles magiques effectifs. Ceci peut être réalisé en appliquant une haute pression.
L'objectif principal de cette thèse est d'atteindre ces angles magiques d'ordre supérieur en utilisant une haute pression dans une cellule à enclumes de diamant. Pour ce faire, l'étudiant(e) préparera et caractérisera d'abord du TBG à faible angle. Il/Elle effectuera ensuite des mesures de transport électronique dans des cellules à enclumes de diamant à l'aide de systèmes cryogéniques. Il/Elle travaillera à l'Institut Néel en collaboration avec trois équipes : une équipe spécialisée dans les matériaux 2D pour la fabrication et la caractérisation, une autre dans la physique des hautes pressions et des fortes corrélations (tous deux basés à l'Institut Néel), et une troisième au CEA pour les mesures de transport sous pression. La supraconductivité et les phases fortement corrélées, telles que les isolants de Mott, seront étudiées en particulier. Les matériaux bidimensionnels, permettant de créer des hétérostructures sur mesure, ouvrent la voie à de nouveaux états quantiquesde la matière et la simulation fine d'états déjà existants. En particulier, les matériaux de van der Waals avec un angle relatif entre lesaxes cristallographiques des différentes couches, permettent de sonder un grand nombre de phénomènes physiques : bandes plates,
Mots clés
- Keywords
Thématique
/ Domaine / Contexte
régime d'interactions fortes entre électrons, phases supraconductrices, topologie... L'angle relatif entre les couches est à l'origine d'unsuper-potentiel (dit potentiel de Moiré) à longue portée.
Parmi ces matériaux, les bicouches de graphène Moiré occupent une place de choix, du fait de leurs propriétés exceptionnelles proched'angles de twist spécifiques (dits angles magiques) : supraconductivité, phases de Chern, ferromagnétisme... Les interactions entre lesdifférentes couches sont ajustables (par dopage ou effet géométrique) ce qui rend ce système particulièrement intéressant pour sonderdes états quantiques particuliers. L'objectif est de déterminer les diagrammes de phase quantiques dans les moirés, ajustés grâce au paramètre de la pression. Le rôledes angles magiques sur la formation de bandes plates reste encore mal connu. De plus, les angles magiques d'ordres supérieurs à 2,prédits théoriquement [1] pourraient être atteints sous l'effet du changement de couplage entre les deux couches de graphène parl'application d'une pression supérieure aux valeurs actuellement atteintes dans la littérature [2]. La stratégie consistera à effectuer des mesures de transport électronique (résistivité, effet Hall), en fonction de l'effet de champ, duchamp magnétique, des hautes pressions et à basse température, à angle Moiré fixe.
Plusieurs angles seront explorés : quelques degrés (valeur plus grande que l'angle magique de 1er ordre), puis au plus près mais au-dessus du 1er angle magique dans l'objectif d'atteindre par l'application de pression hydrostatique le 1er puis le 2eme angle magique.
Nous utiliserons un cryostat `a dilution permettant des mesures de transport électronique sous haute pression avec changement de lapression à froid, `a très basse température et sous fort champ magnétique en collaboration avec D. Braithwaite (IRIG, CEA). Lesmesures seront complétées par des expériences de spectroscopie Raman en fonction de la pression pour les systèmes avec les anglesMoiré choisis. Ces dernières mesures seront effectuées à l'Institut Néel. La préparation des cellules de pression se fera à l'Institut Néel.

Le profil recherché correspond à une solide formation en physique du solide, avec notamment un cursus incluant les concepts dephysique des semiconducteurs, supraconductivité, mécanique quantique. Le/la candidat(e) sera formé(e) au laboratoire sur lesmontages expérimentaux, mais un goût pour l'expérimentation et les techniques de salle blanche sont requis.