Thèse Effets Spin-Orbite dans les Systèmes Hybrides Supraconducteurs H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS Direction de la thèse : Julia MEYER ORCID 0000000218317087 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 La plateforme hybride supraconducteur-semiconducteur connaît un succès remarquable tant dans le domaine des qubits supraconducteurs que dans celui de l'électronique quantique. Les applications quantiques de pointe actuelles utilisent des jonctions Josephson à effet tunnel conventionnelles. Cependant, les matériaux hybrides offrent des avantages tels qu'un couplage Josephson réglable par grille. Dans les systèmes présentant une brisure de symétrie par renversement du temps et inversion, le couplage spin-orbite donne lieu à de nouveaux phénomènes intéressants, tels que le transport non-réciproque. L'objectif du projet est d'étudier le rôle du couplage spin-orbite dans des contextes réalistes et d'évaluer le potentiel de réalisation d'amplificateurs paramétriques à jonction Josephson unique dans des systèmes hybrides à base de nanofils, en collaboration avec des groupes expérimentaux.

Au cours de cette thèse, nous développerons des modèles et des méthodes analytiquement traitables, capables à la fois d'orienter les expériences et d'analyser les résultats. Nous approfondirons notamment notre compréhension des conditions permettant d'obtenir une relation courant-phase superharmonique, présentant des déphasages différents et réglables pour chacune des harmoniques, ainsi que des amplitudes élevées pour les harmoniques supérieures. En effet, ces éléments sont indispensables pour prédire l'amplitude des paramètres de couplage entrant dans les modèles phénoménologiques de l'amplification paramétrique Josephson. Plusieurs phénomènes induits par l'interaction entre les effets de proximité, la brisure de la symétrie par renversement du temps et le couplage spin-orbite peuvent être prédits à condition que le nanofil présente une largeur transversale finie, ce qui nécessite d'aller au-delà des modèles unidimensionnels simples, habituellement considérés. Une attention particulière sera accordée à la polarisation de spin éventuelle du supercourant circulant dans le nanofil, ainsi qu'à l'accumulation de spin générée à ses extrémités, qui pourrait à son tour affecter la relation courant-phase Josephson de manière encore imprévisible.
L'amplification paramétrique est une technologie clé pour la détection et la manipulation de signaux micro-ondes et quantiques faibles, notamment en information quantique, en métrologie et en mesures micro-ondes à faible bruit. Les jonctions Josephson supraconductrices constituent des éléments non linéaires et cohérents permettant de réaliser ce type d'amplification. Leur combinaison avec des nanostructures semiconductrices offre de nouveaux degrés de liberté, tels qu'un contrôle électrostatique [1] et le couplage spin-orbite.

Ce projet de thèse vise à étudier théoriquement des jonctions Josephson hybrides supraconducteur-semiconducteur, en se concentrant sur l'origine microscopique et la contrôlabilité de leur réponse non linéaire. L'étude portera notamment sur les états liés d'Andreev, la relation courant-phase, l'inductance Josephson et les non-linéarités d'ordre supérieur.

Une attention particulière sera accordée au couplage spin-orbite et à son influence sur le spectre d'Andreev et la relation courant-phase. L'objectif sera de déterminer comment ces propriétés peuvent être contrôlées par des paramètres expérimentaux tels que la tension de grille, le champ magnétique, la densité électronique ou la géométrie de la jonction.

La réponse non linéaire de la jonction sera ensuite étudiée dans le contexte du mélange à trois et quatre ondes et de l'amplification paramétrique. Contrairement aux jonctions conventionnelles, la structure microscopique des états d'Andreev peut conduire à des relations courant-phase non sinusoïdales et à des non-linéarités ajustables. Le projet cherchera ainsi à déterminer si ces propriétés permettent d'obtenir une amplification paramétrique plus contrôlable et potentiellement plus performante.
Le projet sera principalement réalisé à l'aide des outils analytiques de la théorie des champs de la matière condensée. Les candidats intéressés doivent avoir de bonnes bases en mécanique quantique, en physique statistique et en physique des solides.

Le travail reposera principalement sur des outils analytiques de théorie des champs appliqués à la matière condensée. Le projet s'adresse à des candidats ayant une solide formation en mécanique quantique, physique statistique et physique du solide.

• Statistiques