Supraconductivité Bidimensionelle Par Proximité

**Supraconductivité bidimensionelle par proximité // 2D proximity superconductivity**:

- Réf **ABG-128898**
**ADUM-61926**
- Sujet de Thèse
- 26/02/2025
- Contrat doctoral
- Sorbonne Université SIM (Sciences, Ingénierie, Médecine)
- Lieu de travail- Paris - France
- Intitulé du sujet- Supraconductivité bidimensionelle par proximité // 2D proximity superconductivity
- Champs scientifiques- Physique
- Mots clés- Supraconductivité 2D, Effet de proximité, Matériaux lamellaires, hétérostructures
2D superconductivity, proximity effect, layered materials, heterostructures

**Description du sujet**:
Dans notre groupe, nous avons fabriqué et étudié des dispositifs de plusieurs familles de matériaux 2D tels que le graphène, les TMDC, les monochalcogénures et les cuprates grâce à nos méthodes uniques de fabrication et d'investigation [11,12,13,14,15]. Par exemple, nous avons développé une nouvelle méthode de dopage électrostatique à haute densité de porteurs qui peut induire de grands changements de niveau de Fermi et/ou des transitions de phase dans les matériaux 2D. Nous avons également une expérience considérable dans la manipulation de matériaux monocouches, de technologies et d'interfaces « propres » et de contacts ohmiques non-Schottky.

Dans cette thèse, nous proposons de mesurer dans un premier temps des dispositifs hybrides à hétérostructure de supraconducteurs (cuprate Bi-2212 ou BSCCO) et de semi-métal de Dirac (graphène). La fabrication impliquera des techniques standard, notamment de salle blanche (voir le schéma pour la géométrie du dispositif). Les mesures porteront sur les propriétés de transport à basse température en fonction du champ magnétique externe et du dopage. La micro
- ou nano-fabrication (respectivement induit par micromanipulateur ou AFM) d'une entaille entre des régions supraconducteurs permettra de mesurer la supraconductivité induite dans la couche de proximité superposée. Le dopage électrostatique permettra d'étudier l'effet de proximité autour du dôme supraconducteur du cuprate. La deuxième étape consistera à fabriquer des dispositifs avec le métal TMDC NbSe2 remplaçant le graphène. Le NbSe2 est lui-même un supraconducteur BCS à une température beaucoup plus basse, mais nous l'utiliserons ici comme un métal « normal ». La troisième et dernière étape consistera soit à utiliser des matériaux topologiquement non triviaux (WTe2, Bi2Te3) pour la couche de proximité, soit à fabriquer un dispositif BSCCO bicouche avec un angle artificiel imposé entre les couches.
Ces étapes suivraient approximativement les années 1, 2 et 3 du programme de doctorat. L'observation de l'effet de proximité est soumise à plusieurs contraintes techniques et fondamentales. La ‘transparence' du dispositif, qui pour ces hétérostructures verticales implique des interfaces très propres, en est une. À faible transparence, un régime tunnel est attendu tandis qu'un dispositif à haute transparence montrerait les effets de la réflexion d'Andreev. Des oscillations de conductance (mesures I-V ) entre contacts devraient être observées et les effets du dopage électrostatique seront étudiés. Parmi les résultats attendus sont le premier effet de proximité observé avec du BSCCO monocouche et l'effet éventuel de la topologie de la couche de proximité, fournissant de nouvelles informations sur la supraconductivité à haute Tc et la supraconductivité de proximité dans des matériaux topologiquement non triviaux.

In our group, we have fabricated and studied devices of several families of 2D materials such as graphene, TMDCs, monochalcogenides, and cuprates. We can fabricate heterostructures and devices based on them with our unique methods of fabrication and investigation [11,12,13,14,15]. For example we have developed a new method of high carrier density electrostatic doping which can induce large Fermi level changes and/or phase transitions in 2D materials. We also have considerable experience in the manipulation of single layer materials, ‘clean' technology and interfaces and ohmic, non-Schottky contacts.

In this thesis we propose to measure hybrid heterostructure devices of superconductors and graphene as a first step. The superconductor in question will be cuprate Bi-2212 (BSCCO) while graphene will function as the Dirac semi-metal. Devices will be fabricated, characterized and measured in-house. The fabrication will involve standard techniques including clean-room use (see sketch for device geometry). The measurements will involve low-temperature transport properties with external magnetic field and electric field gating as parameters. Micro
Some of the expected results are the first proximity effect observed with single layer BSCCO and the eventual effect of topology of the proximity layer, providing novel inputs on high Tc superconductivity and the proximity superconductivity in topologically non trivial materials.

Début de la thèse : 01/10/2025

**Nature du financement**:

- Contrat doctoral

**Précisions sur le financement