Description du sujet de thèse

Les états de dénominateur pair de l'effet Hall quantique fractionnaire (par exemple, 𝜈=5/2) devraient héberger des excitations qui ont des statistiques anyoniques non abéliennes, ce qui en fait des candidats prometteurs pour la réalisation de l'informatique quantique topologique. Bien que la démonstration de ces statistiques ait longtemps été une tâche extrêmement difficile, des expériences récentes dans des hétérostructures semi-conductrices GaAs ont montré que la conductance thermique de bord de l'état 𝜈=5/2 est quantifiée en valeurs demi-entières du quantum de conductance thermique. Cette quantification en demi-entier est connue pour être une signature universelle des statistiques non abéliennes, y compris des fermions de Majorana. La question suivante est de savoir si ce résultat est vraiment universel : est-il valable pour différents matériaux et différents états à dénominateur pair ?

Dans ce projet, nous proposons d'aborder ces questions en effectuant des mesures de transport de chaleur et de charge dans des états de Hall quantique fractionnaires dans le graphène bicouche (BLG), qui a récemment montré qu'il hébergeait une grande variété d'états de Hall quantique fractionnaires robustes à dénominateur pair. Il s'agit d'un excellent banc d'essai pour étudier la conductance thermique, car ces fractions devraient être décrites par des états fondamentaux différents (éventuellement non abéliens).
Outre le transport de chaleur, nous réaliserons des expériences de collision, qui ont récemment permis de démontrer l'existence de statistiques anyoniques abéliennes dans d'autres états de l'effet Hall quantique fractionnaire dans le GaAs. Ces expériences, basées sur les mêmes techniques expérimentales que le transport de chaleur, fourniront une réponse définitive sur la nature non abélienne des états à dénominateur pair.

Ce projet expérimental repose sur le transport thermique à très basse température et à haut champ magnétique et sur la collision basée sur des mesures électriques à haute sensibilité. Nous recherchons des candidats très motivés et intéressés par tous les aspects du projet, à la fois expérimentaux (fabrication d'échantillons, mesures à faible bruit, cryogénie) et théoriques. Ce projet sera mis en œuvre au LPENS, en collaboration avec le Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N, Palaiseau).

Contexte de travail

Le projet de thèse sera effectué au LPENS (CNRS UMR8023), au sein de l'équipe Physique Mésoscopique. La direction de thèse sera assurée par François Parmentier, avec co-encadrement par les autres membres de l'équipe (Gerbold Ménard et Gwendal Fève). Ces travaux s'effectueront en collaboration avec le C2N Palaiseau.

Contraintes et risques

Cryogénie, travail en salle blanche, horaires étendus