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Paris-Saclay
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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Magnéto-transport quantique dans des nanofils d’isolants topologiques a géométrie façonnée

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : GORINI Cosimo,
e-Mail : cosimo.gorini@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 72 36
Laboratoire : SPEC/GMT

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 28/03/2023

Résumé :
Comment le transport quantique des électrons de Dirac à la surface d'un isolant topologique est-il modifié par le couplage direct avec la courbure nanoscopique des échantillons ? (aussi dénommé effet de "champs gravitationnels effectifs").


Sujet détaillé :
La physique mésoscopique étudie des systèmes composés de milliards de composantes, et néanmoins se portant comme des entités quantiques uniques. Les nanofils d’isolants topologiques 3D en sont un exemple. Ces derniers abritent sur leur surface des états électroniques à la Dirac, qui à faible température se propagent sous forme d’ondes quantiques cohérentes sur des échelles de plusieurs microns. Leur propriétés de transport sont donc régies par des phénomènes d’interférence quantique. Ces phénomènes sont déterminés et modulés par des champs magnétiques externes ou bien par leur courbure de Berry, comme démontré récemment dans une collaboration avec des expérimentateurs [Ziegler et al., Phys. Rev. B 97, 035157 (2018)].

Peu après nous avons également montré que la géométrie d’un nanofil peut dramatiquement changer ses propriétés de transport en présence des champs magnétiques [Kozlovsky et al. Phys. Rev. Lett. 124, 126804 (2020); Graf et al., Phys. Rev. B 102, 165105 (2020)]. Un point crucial est que dans des nanofils façonnés les électrons de Dirac se propagent sur une surface courbe, et peuvent donc ressentir des champs gravitationnels effectifs. Ces derniers se manifestent sur des échelles comparables aux échelles quantiques de référence du système, comme dans des trous noirs – sauf qu’un nanofil est réalisable dans un labo, un trou noir pas tout à fait.

Parmi les nombreuses questions ouvertes dans ce domaine en plein croissance, deux en particulier sont centrales pour ce stage: (i) comment les états de surface sont-ils modifiés par la courbure? (ii) Est-il possible d’identifier une signature dans le transport due uniquement aux effets gravitationnels effectifs? Pour y répondre des méthodes analytiques ainsi que numériques (simulations sur réseau) seront utilisées.
Techniques utilisées au cours du stage :
Eq. Schroedinger/Dirac en espace courbe, formalisme de Landauer-Buettiker, simulations numériques sur réseau

Mots clés : Transport quantique, isolants topologiques

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