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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-17-0430

DOMAINE DE RECHERCHE
Physique mésoscopique / Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français English

Sauts de phase quantiques dans les nanofils

RÉSUMÉ DU SUJET

Une jonction Josephson (jonction tunnel entre deux électrodes supraconductrices) est le seul composant électrique non linéaire et non dissipatif connu à ce jour. Ces deux propriétés le placent au cœur de tous les composants électroniques supraconducteurs, des magnétomètres à SQUIDs au standard du Volt obtenus grâce à des réseaux de jonction Josephson sous illumination micro-ondes, en passant par les circuits supraconducteurs développés récemment pour l’information quantique.

Cette thèse vise à tester la faisabilité et les propriétés d’un autre dipôle supraconducteur non dissipatif dont le principe a été proposé par Mooij et Nazarov il y a presque dix ans : la jonction à saut de phase quantique (Quantum Phase Slip Junction QPSJ en anglais) [1]. Une QPSJ consiste en un mince fil supraconducteur reliant deux électrodes supraconductrices, et sensé se comporter comme l’exact dual (au sens quantique) d’une jonction Josephson : leurs comportements sont identiques, à condition d’échanger le rôle de la différence de phase supraconductrice et de la charge accumulées aux bornes du dipôle. De même qu’une jonction Josephson réalise la superposition cohérente d’états caractérisés par le transfert par effet tunnel de différents nombres de paires de Cooper, une QPSJ réalise la superposition cohérente d’états caractérisés par des écarts de phase entre les deux électrodes différant de multiples de 2p. On peut se représenter cet état comme la superposition cohérente du transfert tunnel de différents sauts de phase au travers du fil. L’implémentation de QPSJs constituerait une percée majeure en électronique supraconductrice. En irradiant un QPSJ par des micro-ondes, on implémenterait une expérience duale de celle de l’effet Josephson AC : au lieu d’établir une relation métrologique entre la seconde et le Volt, on obtiendrait une relation entre l’Ampère et la seconde. De même, les QPSJ seraient la brique de base d’une électronique supraconductrice de très haute impédance, ouvrant d’innombrables possibilités.

Depuis la suggestion de Mooij et Nazarov [1], une poignée d’expériences ont été menées sur les QPSJ confirmant partiellement les prédictions [2,3], mais soulevant plus de questions qu’elles n’ont apporté de réponses. En particulier, la simple modulation périodique de la charge aux bornes d’un fil supraconducteur n’a pas été clairement observée [4]. L’objectif de cette thèse est de réaliser l’expérience proposée par Hriscu et Nazarov [5], dans le but spécifique de tester cette modulation en charge.

[1] Mooij and Nazarov, Nat. Phys. 2, 169 (2006).

[2] Astafiev et al., Nature 484, 355 (2012),

[3] Peltonen et al. Phys. Rev. B 88, 220506(R) (2013)

[4] Hongisto and Zorin, Phys. Rev. Lett. 108, 097001 (2012)

[5] Hriscu and Nazarov, Phys. Rev. Lett. 106, 077004 (2011)

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master CFP, parcours matière condensée

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service de Physique de l'Etat Condensé
Groupe Quantronique
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/09/2016
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Philippe JOYEZ  

CEA
DRF/IRAMIS/SPEC/GQ
Quantronics group
Bât. 771 SPEC
Orme des Merisiers
91191 Gif sur Yvette
CEA/Saclay

Téléphone : +33 1 69 08 74 44

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Physique en Île-de-France (EDPIF)
DIRECTEUR DE THÈSE

Philippe JOYEZ

CEA
DRF/IRAMIS/SPEC/GQ
Quantronics group
Bât. 771 SPEC
Orme des Merisiers
91191 Gif sur Yvette
CEA/Saclay