Doctorat : ESR-STM on superconducting 2D materials. H/F

Description du Poste

Sujet De Thèse

Ces dernières années, la microscopie à effet tunnel à balayage sensible au spin (SP-STM) s'est imposée comme une technique puissante pour sonder les propriétés de spin avec une résolution atomique. Elle permet de mesurer à la fois la polarisation de spin et les spectres d'excitation de spin grâce à la spectroscopie tunnel inélastique et à la technique ESR-STM (résonance de spin électronique par STM). Des travaux récents [1] ainsi que des mesures réalisées au sein du groupe (Fig. 1) ont démontré que les techniques SP-STM et ESR-STM permettaient de caractériser le spectre d'excitation de spin de molécules individuelles de phtalocyanine de fer (FePc) déposées sur une surface Ag/MgO(100).
L'un des objectifs majeurs consiste désormais à étendre l'application de l'ESR-STM à de nouveaux systèmes présentant des types inédits d'excitations de spin dotés de propriétés topologiques non triviales.
Le premier objectif de cette thèse est de mettre en œuvre l'ESR-STM sur des molécules de phtalocyanine magnétique adsorbées sur du NbSe2 supraconducteur. Il a déjà été démontré que la molécule MnPc présente, sur le NbSe2, une coexistence d'états de Yu-Shiba-Rusinov et d'excitations par retournement de spin [2]. Par la suite, nous procéderons à la croissance de NbSe2 sur un substrat de graphène/Ir ; cette démarche s'appuie sur des travaux antérieurs montrant qu'il est possible de faire croître une monocouche supraconductrice de NbSe2 sur des templates à base de graphène faiblement couplés [3], ainsi que sur l'observation récente par ESR-STM de défauts de spin individuels dans le système MoS2 monocouche/graphène/Ir [4].
Dans une étape ultérieure, nous envisagerons la croissance de matériaux 2D de type halogénures magnétiques — en particulier le CrCl3 — sur du NbSe2 supraconducteur. La présence d'états de Yu-Shiba-Rusinov localisés aux bords de ce système le rend particulièrement pertinent pour l'étude des phénomènes topologiques liés au spin et à la supraconductivité à l'échelle atomique [5].


[1] X. Zhang et al., “Electron spin resonance of single iron phthalocyanine molecules and role of their non-localized spins in magnetic interactions,” Nature Chemistry, vol. 14, pp. 59–65, Nov. 2021, doi: 10.1038/s41557-021-00827-7.
[2] S. Kezilebieke, R. Žitko, M. Dvorak, T. Ojanen, and P. Liljeroth, “Observation of Coexistence of Yu-Shiba-Rusinov States and Spin-Flip Excitations,” Nano Letters, vol. 19, pp. 4614–4619, Nov. 2018, doi: 10.1021/acs.nanolett.9b01583.
[3] K. H. Au-Yeung et al., “Atomic-Scale Quantum Control of Single Spin Defects in a Two-Dimensional Semiconductor,” Feb. 25, 2026.
[4] P. Dreher et al., “Proximity Effects on the Charge Density Wave Order and Superconductivity in Single-Layer NbSe2,” ACS Nano, vol. 15, pp. 19430–19438, Nov. 2021, doi: 10.1021/acsnano.1c06012.
[5] J. Cuperus, A. H. Kole, A. R. Botello-Méndez, Z. Zanolli, D. Vanmaekelbergh, and I. Swart, “One dimensional edge localized YSR states in CrCl3 on NbSe2,” Npj Quantum Materials, vol. 10, May 2025, doi: 10.1038/s41535-025-00759-2.

Votre Environnement de Travail

L'étudiant participera aux travaux expérimentaux du groupe STM du C2N (4 permanents). Ces travaux consisteront en particulier en des études de croissance de matériaux (graphene, NbSe2) sous ultra-vides. Ces matériaux seront ensuite étudiés par STM(croissance) et ESR-STM (propriétés magnétiques).

Contraintes et risques

- fluides cryogéniques

Rémunération et avantages

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La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

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