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Chapelier, Claude

Works: 16 works in 18 publications in 2 languages and 24 library holdings
Roles: Other, Thesis advisor, Opponent, Author
Publication Timeline
Most widely held works by Claude Chapelier
Graphène pour la nanoélectronique : de la croissance CVD jusqu'à la suparconductivité de proximité à deux dimensions by Zheng Han( )

1 edition published in 2013 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Cette thèse présente une étude du graphène complète depuis sa synthèse par dépôt de vapeur chimique (CVD), la fonctionnalisation de sa surface, jusqu'aux mesures à basse températures des propriétés de supraconductivité. Je présente tout d'abord une nouvelle technique de croissance CVD basée sur une injection impulsionnelle du gaz précurseur en présence constante d'hydrogène. Cette technique permet de s'affranchir de la présence de multicouches de graphène aux points de nucléation, un type de défaut connu qui avait limité jusqu'à présent les applications électroniques et optiques de ce matériau. Les dispositifs flexibles et optiquement transparents obtenus à partir de ce matériau présentent des caractéristiques améliorées par rapport à l'état de l'art notamment une homogénéité améliorée et une mobilité électronique dépassant 8,000 cm^2/V/s. Un traitement chimique est ensuite introduit et nous montrons par diverses techniques microscopiques, spectroscopiques optiques et électroniques qu'il est possible de contrôler précisément la densité de défauts dans le graphène par voie chimique. Cette thèse s'achève sur une étude à très basse température (<1K) des propriétés de transport électronique d'un nouveau type de systèmes basé sur un réseau de plots d'étain déposé sur un transistor en graphène. Ce type de système hybrides s'avère être un système modèle pour l'étude des transitions de phase quantique supra/isolant et supra/métal. Les résultats présentés sur les réseaux réguliers et dilués sont en bon accord avec les modèles théoriques prédisant un état métallique subsistant jusqu'à température nulle
Graphène CVD macroscopique en régime de supraconductivité de proximité : applications à l'électronique flexible et radiofréquence by Pauline Ronseaux( )

1 edition published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Superconducting proximity effect in macroscopic CVD-grown graphene decorated by tin nanoparticles is the central topic of this thesis. In this manuscript, two experimental projects are presented.The first of these projects consisted in developing and studying a new easy to handle and flexible material in which superconducting correlations extend over macroscopic scales. This material is a composite film made from the stacking of three original components: a few micrometers thin plastic film in parylene, a several centimeters squares layer of graphene, and a cluster of nanoparticles achieved by natural dewetting of tin on the graphene surface.Cryogenic transport measurements highlighted an induced superconductivity on the scale of the studied composite films pieces dimensions, of the order of the centimetre square. The superconducting critical current of the composite films showed gate tunability of about one hundred nanoamperes by volt. The behaviour of the composite films under a transverse magnetic field is similar to the one of granular superconductors and is characterised, especially under weak transverse magnetic field, by a high sensitivity of the superconducting transition. An in-depth study showed that the G/Sn hybrid material is a bidimensional percolating system that, when approaching the superconducting transition, behaves like a single mesoscopic Josephson junction.Within the framework of the second project, superconducting radiofrequency (RF) cavities have been developed. G/Sn patches have been integrated into these superconducting circuits in order to build gate tunable resonators. A process allowing to integrate G/Sn patches jointly to a series of several cavities from a single graphene transfer have been developed. Transmission measurements in cryogenic conditions have been performed to characterise these hybrid devices and to study their radiofrequency response
Collective energy gap of preformed Cooper pairs in disordered superconductors by Thomas Dubouchet( )

1 edition published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Quasi-ordre à longue distance et défauts topologiques dans le graphène sur rhénium étudié par microscopie à effet tunnel by Alexandre Artaud( )

1 edition published in 2017 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The discovery of graphene in 2004 is a two-fold breakthrough in condensed matter physics. On the one hand, its electronic properties are that of a massless Dirac fermion gas. On the other hand, its structure is the very first example of an ordered material in two dimensions.This second characteristics is studied in this thesis by scanning tunneling microscopy (STM), in the case of graphene grown in ultra-high vacuum on the (0001) surface of rhenium. In two dimensions, crystalline order is indeed impossible, and it is predicted to be replaced by a quasi-long-range order, for which the phase of the order parameter fluctuates. The rhenium substrate then acts as an outside influence that can restore crystalline order, as it forces graphene's structure to adopt an epitaxial relation with rhenium.The study of graphene's structure proposed here proves it actually originates from kinetic constraints inherited from its growth. Many typical nanostructures have indeed been identified at the atomic scale, giving access to the growth mechanism. Two reaction pathways compete. The first one gives rise to a family of metastable carbon clusters with well-defined structures in epitaxy on rhenium. The second one leads to growing graphene islands of a few nanometers in size. The coalescence of these islands and the incorporation of the carbon clusters ends up forming structural defects whose atomic structure is detailed for the first time. This exhaustive study reveals reaction pathways in the growth of graphene on rhenium are diverse, and constitute compromises between kinetics and thermodynamics.At the end of that growth, the obtained graphene is not uniform, but made of roughly 10 nm-large domains. Each domain displays a specific epitaxial relation with rhenium, in which graphene is both twisted and sheared with respect to rhenium, as revealed a STM image analysis method developed for this purpose. Elaborating a universal classification of such epitaxial relations shows they are very diverse. Two interpretations of this morphology are possible. The graphene domain walls can indeed be interpreted as topological defects in the crystalline order set in graphene by the rhenium substrate. Otherwise, they are fluctuation modes whose dynamics is frozen by the interaction with the substrate. These results put into question the notion of crystalline order set by a substrate to a two-dimensional material. They show that instead of forcing a specific epitaxial relationship, the graphene-substrate interaction gives rise to a so-called chaotic phase
Croissance, structure et propriétés électroniques du graphène épitaxié sur rhénium, vers une plateforme bidimensionnelle et supraconductrice by Estelle Mazaleyrat( )

1 edition published in 2019 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The realization of graphene-based hybrid structures, where graphene is associated with other materials, offers a promising avenue for testing a variety of phenomena. In particular, one can induce properties in graphene by proximity effects. Here, the targeted graphene-based system consists of a quasi free-standing graphene platform with induced superconducting character and in close vicinity to magnetic impurities. According to recent theoretical articles, such a sample could exhibit unconventional Yu-Shiba-Rusinov (YSR) states.Although the targeted graphene-based system was not fabricated yet, we have addressed, with the help of surface science tools, all three ingredients required for its realization (quasi-free standing graphene, induced superconducting character and proximity to magnetic impurities).As previously demonstrated, graphene can be rendered superconducting by growing it directly on top of a superconducting material such as rhenium. Structural aspects related to graphene grown on Re(0001) were investigated. In particular, we showed that increasing the number of annealing cycles positively contributes to growing high-quality extended graphene domains. The structure of a surface rhenium carbide, which constitutes a usually ill-characterized object, was studied as well.Additionnally, a defect appearing as a depression in the nanorippled structure of graphene on strongly interacting metals such as Re(0001) and Ru(0001) was investigated and ascribed to stacking faults either in graphene or in the metal substrate.Using superconducting graphene grown on Re(0001) as a starting point for the fabrication of the targeted graphene-based system, we recovered the quasi free-standing character of graphene (lost due to its strong interaction with the rhenium substrate) via intercalation of sub-monolayer to few layers of gold atoms. A high density of defects observed in gold-intercalated graphene on Re(0001) was attributed to the intercalation process itself. Besides, we demonstrated that the rhenium-induced superconducting character in graphene was not affected by gold intercalation. At this point, two of the three requirements for realizing the targeted graphene-based system were fulfilled.Provided that we bring magnetic impurities in close proximity to such a sample, few-nanometers extended YSR states could be observed. Preliminary results involving two original magnetic verdazyl compounds were presented, one of which was deposited on a model system, namely Cu(111). Before turning to quasi-free standing superconducting graphene as a hosting material for these magnetic compounds, further investigations on model systems are needed. Indeed, we could not resolve the precise structure of the molecular assemblies covering the Cu(111) surface yet, and the thermal stability of the compounds was discussed
Spectroscopie locale à basse température dans des systèmes supraconducteurs désordonnés by Thomas Dubouchet( Book )

2 editions published in 2010 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This thesis presents a study combining tunneling spectroscopy, point-contact Andreev spectroscopy and electronic transport on disordered superconducting indium oxide samples. Transport measurements reveal a diverging resistivity from room temperature shortcut by superconductivity at low temperature. This behavior shows that our samples are in the vicinity of the metal-insulator Anderson transition. Tunneling spectroscopy highlights a rather unusual superconducting state with a pseudogap regime above the critical temperature. It evolves at low temperature into an inhomogeneous system composed of both superconducting Cooper pairs and Cooper pairs without phase coherence, localized by the disorder. Comparison between different samples shows that incoherent Cooper pairs proliferate with increasing level of disorder, what indicates that superconductor-insulator transition in indium oxide is governed by the progressive localization of Cooper pairs. Besides, using our STM, we have continuously analyzed the local conductance between tunneling regime and contact regime. Andreev spectroscopy thus reveals a new energy scale related to the superconducting phase coherence and independent from spatial fluctuations of the density of states measured in tunneling regime. This shows that disorder induces a dichotomy between the pairing energy characterizing the binding of electrons into pairs and the coherence energy specific to macroscopic superconductivity
Etude et réalisation d'un dispositif pour établir les conditions de propagation des ondes acoustiques dans l'hélium liquide et leurs conséquences sur le développement d'un microscope à phonons by Claude Chapelier( Book )

2 editions published in 1989 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Spectroscopie tunnel à très basse température du graphène épitaxié sur SiC by Toai Le Quang( )

1 edition published in 2016 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les couches de graphene épitaxiées sur la face carbone du carbure de silicium sont tournées les unes par rapport aux autres. Cette rotation préserve la structure de bande linéaire du graphene mono-couche et permet un transport balistique des porteurs de charge. Parmi les propriétés intéressantes développées dans le chapitre 2, la possibilité de former de pleines couches de graphene sur le substrat isolant qu'est le SiC est un avantage majeur de cette technique comparé aux autres méthodes de croissance du graphene (exfoliation et épitaxie en phase vapeur sur métaux). Les grandes surfaces produites permettent aux expérimentateurs de faire facilement des mesures STM car la localisation de la partie utile de l'échantillon n'est pas un problème dans ce cas.Dans ce travail de thèse, j'ai réalisé la croissance de graphene sur la face carbone du SiC dans le but d'étudier la supraconductivité induite dans le graphene par la proximité d'un supraconducteur. Cette supraconductivité induite dont le principe expliqué dans le chapitre 3 se développe d'autant plus loin de l'interface que le matériau non supraconducteur possède un grand libre parcours moyen. D'où notre choix du graphene. Dans le chapitre 3 je présente aussi les efforts que j'ai mené pour fabriquer des jonctions graphene/supraconducteur par une technique de lithographie propre : la lithographie par microsphères. Cette méthode utilise des micro-sphères de silice comme masque dur durant le dépôt par évaporation d'un matériaux supraconducteur tel le vanadium. Malgré la propreté de cette méthode telle qu'avérée par les images STM des échantillons, nous n'avons pas réussi à induire la supraconductivité dans le graphene. Suite à ce résultat négatif, nous avons développé une seconde approche décrite dans le chapitre 4. Un matériau supraconducteur réfractaire, le niobium, est cette fois-ci déposé sur le substrat avant la croissance du graphene. A l'issue de la croissance, nous avons eu la surprise de constater que la température critique du matériaux supraconducteur s'était élevée de 7 à 12 K. Cela s'explique par la carburation du Niobium lors du recuit. Par ailleurs, nous avons bien démontré que des couches graphitiques sont aussi crues sur le NbC permettant ainsi de réaliser des jonctions. Néanmoins, nous n'avons à nouveau pas réussi à observer de supraconductivité induite dans le graphene.Outre les propriétés intéressantes pour l'étude de la supraconductivité induite, les couches de graphene en rotation constituent en elle même un sujet d'étude intéressant. En effet, la densité d'état de ce système présente des singularités de van Hove dont la position en énergie dépend de l'angle de rotation. Ce système ouvre donc la porte à l'étude de la physique associée à ces singularités (supraconductivité, magnétisme) à des énergies accessibles par dopage électrostatique. De plus, une localisation des fonctions d'onde électroniques a été prédite pour les faibles angles de rotation et cette localisation a été confirmée par des résultats expérimentaux préliminaires. Cependant, il manquait une étude systématique des propriétés électriques des systèmes à faible angle de rotation. Les mesures que j'ai réalisé dans ce régime sont présentées dans la dernière partie de ce mémoire. Ces mesures de spectroscopie sont comparées à un modèle de liaison fortes. Le modèle sans désordre et en présence de désordre ne permettent pas de décrire correctement les expériences menées pour des angles inférieurs à 2°. Mon travail souligne qu'une physique riche existe aux faibles angles de rotation et qu'il reste encore beaucoup de travail à faire pour la comprendre
Vortex confinés dans des nanostructures de Pb/Si(111) étudiés par microscopie à effet tunnel by Lise Serrier-Garcia( )

1 edition published in 2014 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Dans les supraconducteurs de type II, le champ magnétique pénètre le matériau sous forme de vortex, tourbillon de courants supraconducteurs circulant autour d'un coeur normal. Dans les travaux de cette thèse, nous montrons comment le confinement d'un système à une échelle comparable à la longueur de cohérence nanométrique modifie sensiblement ses propriétés supraconductrices.Cette étude est menée dans des nanostructures de plomb déposé in-situ sur un substrat de silicium (111), puis mesurées par spectroscopie à effet tunnel, sous UHV, à 300 mK et sous champ magnétique.En confinement extrême (taille latérale D<<10 ?), le système créé des vortex Géants, objets quantiques prédits théoriquement depuis 45 ans. En confinement plus faible (D~10 ?), les vortex peuvent être piégés, s'organisent ensuite en réseau triangulaire d'Abrikosov, puis s'interpénètrent avec le champ magnétique croissant.Les îlots de Pb cristallins supraconducteurs sont reliés entre eux par une monocouche de mouillage de Pb, ici désordonnée et non supraconductrice. Au voisinage des îlots, cette couche acquiert des caractéristiques spectroscopiques spécifiques qui reflètent la supraconductivité induite par proximité et les interactions entre électrons de type Altshuler-Aronov. L'évolution spatiale des spectres tunnel sont simulés en combinant les équations d'Usadel et la théorie du blocage de Coulomb dynamique.En réduisant la distance entre les îlots, l'effet de proximité autour de chacun se recouvre, ce qui forme une jonction Josephson. Sont étudiés finement le nombre, la position, le spectre et la forme des coeurs de vortex Josephson sous champ magnétique, à travers une grande panoplie de jonctions
Etude combinée des propriétés locales et globales des supraconducteurs ultimes à deux dimensions by Denis Baranov( )

1 edition published in 2019 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

This manuscript presents the results of experimental studies of several superconducting phenomena related to the reduced dimensionality. First, an in-UHV set-up for measuring in-situ electronic transport properties of ultrathin films is realized. It is validated by studying transport properties of ultrathin films of NbN whose thickness and disorder are varied in-situ by Ar-ion sputtering. Second, ultimately thin superconductors - atomic layers of Pb and Pb/Au are grown on Si(111); their local and global properties as studied in-situ using, respectively, the Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy and the electron transport set-up at low temperatures. The role of Au atoms in the superconducting properties is revealed. Third, the phase diagram of the new class of layered ferromagnetic superconductors EuFe 2 (As 0.79 P 0.21) 2 is explored; Magnetic Force Microscopy experiments are provided. Novel quantum phases - Domain Meissner State and Domain Vortex state are discovered. A new phenomenon - the nucleation of vortex-antivortex pairs inside the material is demonstrated
Modulation de la supraconductivité hors équilibre avec un STM by Thomas Jalabert( )

1 edition published in 2020 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Quasiparticles dynamics often governs the ultimate performances of superconducting devices. Out-of-equilibrium superconductivity has therefore attracted a long-standing interest. In order to probe the microscopic mechanisms at play, injection of quasiparticles with the help of a tunnel junction has already been employed at the mesoscopic scale, thanks to the outstanding progress in modern nanotechnology. However, lithographed tunnel junctions lack spatial resolution and do not allow to vary the bias voltage and the tunneling current independently. In order to overcome these two limitations the novelty of this PhD work is to use a Scanning Tunneling Microscope (STM) working at very low temperature (50 mK) to tune the critical current of superconducting nanowires as a function of the tip position and the tunneling set-point.In thin niobium nanowires capped with gold, we measured a drastic reduction of the critical current by injecting a tunnelling current of quasiparticles that is six orders of magnitude lower. We interpret this observation as a local increase of the electronic temperature. We also suggest that the same mechanism is at play in superconducting Field Effect Transistors (SuFETs). The critical current depends strongly on the injection position along the nanowire, the injection rate and the energy of the quasiparticles. At large energies compared to the superconducting gap, the reduction of the critical current is controlled by the injected power. Our measurements show that the diffusion of heat by quasiparticles and phonons explains the injection power and position dependencies, and allow to probe the electron-phonon coupling in our samples. By contrast, when reducing the energy at constant injection rate, the critical current sharply decreases close to the gap energy, signalling the breakdown of the quasi-equilibrium model. We explain this behaviour as a non Fermi Dirac out of equilibrium energy distribution of the quasiparticles, and this allows to estimate the relaxation rate of the quasiparticles. We also probed the spectral properties of current carrying nanowires, and induced magnetic vortices to create spatial variations in the density of states. We thus evidenced the effect of quasiparticle trapping by vortices at the nanometer scale, which is of particular interest since until now the only experiments that allow investigating the dynamics of an inhomogeneous superconducting system necessarily probed a macroscopic volume of the superconductor, rendering explanation of the measurements in terms of the inhomogeneity difficult.Therefore, this experimental work opens a new perspective to investigate the competition between diffusion, relaxation and recombination of quasiparticles in strongly disordered superconductors with various applications such as in photon detection and superconducting electronics
Etude des états fondamentaux dans des systèmes supraconducteurs désordonnés de dimension 2 by Vincent Humbert( )

1 edition published in 2016 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Un matériau 3D, initialement supraconducteur, peut avoir différents états fondamentaux dépendamment de son degré de désordre : supraconducteur, métallique ou isolant. A dimension réduite (2D), la localisation d'Anderson interdit théoriquement tout état métallique. La modification du désordre induit alors une Transition directe Supraconducteur-Isolant (TSI). La présence de fortes interactions électroniques, non prises en compte dans les théories conventionnelles, pourrait cependant remettre en cause ce paradigme et laisser émerger des états métalliques 2D, complexifiant l'image généralement admise de la TSI. Ainsi, des travaux récents ont révélé la présence de deux phases métalliques distinctes dans les films minces de a-NbxSi1-x, s'intercalant entre les états supraconducteur et isolant.Durant cette thèse, nous avons étudié les propriétés de transport électronique à basse fréquence et à très basse température (T<1K) de films minces de NbxSi1-x amorphes afin de caractériser l'évolution de l'état fondamental en fonction du désordre. Celui-ci a été modifié dans nos films en jouant sur la température de recuit, l'épaisseur et la composition. Nous nous sommes alors attardés sur la destruction de ces états métalliques vers un état isolant. L'analyse des lois de conduction dans le régime isolant nous a permis de quantifier l'évolution de ses propriétés - notamment des énergies caractéristiques - en fonction du désordre. Nous avons alors pu conclure que la phase isolante pouvait être essentiellement décrite par un modèle fermionique. A moindre désordre, dans la phase métallique 2D adjacente à l'isolant, nous avons mis en évidence des signes précurseurs de l'état isolant qui évoluent continument jusqu'à et à travers la Transition Métal 2D-Isolant. Nous proposons une interprétation de l'ensemble de nos résultats impliquant deux canaux parallèles dont l'importance relative est déterminée par le désordre : l'un est fermionique, l'autre gouverné par des fluctuations supraconductrices qui persistent même lorsque la cohérence macroscopique a disparu. L'état métallique est alors dominé par ces dernières, alors que, dans l'isolant, la localisation des excitations fermioniques l'emporte.Une seconde partie de la thèse s'est concentrée sur le développement expérimental d'un dispositif de calibration large bande dédié à l'étude de films minces en réflectométrie haute fréquence (GHz) à basses températures (T<4K). Ce dispositif a pour but, lors d'une unique mise à froid, de mesurer successivement la réflexion de références connues ainsi que de l'échantillon. La calibration obtenue permet ainsi de s'affranchir de l'environnement micro-onde et d'obtenir la valeur absolue de l'impédance complexe de ces films. Les résultats obtenus sur des films minces supraconducteurs de Vanadium, comparés aux théories de la supraconductivité, permettent une première validation du dispositif et de son principe de fonctionnement en vue d'une utilisation sur des systèmes plus complexes, tels que les films minces proches de la TSI
DC and AC transport in field-effect controlled LaAlO3/SrTiO3 interface by Alexis Jouan( )

1 edition published in 2017 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés de transport statique et dynamique du gaz d'électrons bidimensionnel supraconducteur à l'interface LaAlO3/SrTiO3. Dans un premier temps, nous étudions l'effet du désordre microscopique induit par le dopage en Chrome, sur la supraconductivité et le couplage spin-orbite en fonction de la densité de porteur modulée par effet de champ. Dans une géométrie de grille locale au-dessus du gaz, nous montrons le contrôle électrostatique de la transition supraconducteur-isolant. De même, nous analysons l'ajustement du couplage spin-orbite contrôlé par effet de champ. A l'aide de méthodes de nanofabrication par lithographie électronique, nous démontrons la première réalisation d'un point critique quantique dans LaAlO3/SrTiO3. En changeant le confinement latéral et le niveau de Fermi par effet de champ, nous sommes capables de régler le nombre de canaux conducteurs dans l'état normal et de mesurer la quantification de la conductance. Enfin, nous présentons des mesures radio-fréquence qui donnent accès aux propriétés dynamiques du gaz supraconducteur. L'évolution de la conductivité en fonction de la densité de porteurs et de la température est comparée avec la théorie standard BCS/Mattis-Bardeen d'une part, et avec la théorie BKT d'autre part
Dynamique des vortex dans des nanofils supraconducteurs d'YBCO irradiés : vers la détection de photon unique by Paul Amari( )

1 edition published in 2020 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

This thesis investigates the potential of high-temperature superconductor as single photon detector. To this end, we developed a fabrication workflow based on ion irradiation on YBCO thin films for patterning robust superconducting nanowires thanks to a cerium oxide protecting layer. We characterized superconducting YBCO nanowires, down to 12~nm in thickness and 100~nm in width, and up to 750~µm in length. The current voltage curves with high critical current density become hysteretic with a voltage switch. The thermal properties of the nanowire governs the hysteresis appearance. By measuring extensively the switching current statistics and the current voltage curves as a function of temperature, magnetic field, and incident microwave power, we concluded that vortex instabilities trigger the voltage switch. Additionally, we analyzed the dissipative voltage regimes in the current voltage characteristic with respect to temperature and incident microwave power. The low voltage branch is dominated by vortex pinning in the flux creep theory. At higher voltage, thermally activated vortex motion in presence of vortex interaction accounts for the experiments. If a microwave signal irradiates the nanowires, they exhibit integer and fractional Shapiro-like steps arising from a coherent vortex motion. Altogether, the transport measurement demonstrate that dissipation in ion irradiated nanowires is governed by vortex dynamics. At last, we study the count rates in YBCO nanowires at very low temperatures. Several arguments tend to show that the dark count arises from single vortex quantum tunneling
Transitions de phase quantiques dans les systèmes désordonnés de basse dimension by François Couëdo( )

1 edition published in 2014 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Superconductivity is established by the collective organization of electrons, then described within the BCS theory through a single macroscopic wave function. In the presence of strong disorder, the situation becomes more complex: disorder enhances Coulomb interactions and induces the localization of electrons. These two phenomena act against superconductivity. For a critical disorder, the superconducting state is destroyed and the system becomes either metallic or insulating. In 2D, in the absence of strong Coulomb interactions, the theory of Anderson localization prevents the existence of a metallic state. Disorder thus induces a Superconductor-Insulator Transition (SIT). We have studied the transport properties of amorphous NbxSi1-x thin films at very low temperature. We have performed resistance measurements at low frequencies through the SIT and initiated measurements of the complex impedance at higher frequencies (a few GHz) in order to probe the dynamics of the system through this quantum phase transition. The study of the static properties of NbxSi1-x films have focused on the effect of annealing. This parameter induces a gradual variation of the microscopic disorder of this system, which allowed us a very fine tuning of the SIT. We have thus evidenced two dissipative states, non-predicted by the current theories of the SIT, which separate the superconducting and insulating ground states. In parallel, we have set up a broadband microwave reflectometry experiment. In particular, we have developed a calibration procedure based on hypotheses on the electrodynamic response of the samples and not on the measure of external references as it is usual. This method allows us to measure the sample's response independently from the experimental setup. The results we have obtained provide a first validation of this approach and therefore constitute a first step towards the determination of the absolute dynamical response of the system through the SIT
Limite d'Anderson et états de bords topologiques by Tianzhen Zhang( )

1 edition published in 2018 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

This thesis describes the fabrication of hybrid systems based on the narrow-gap semiconductor InAs and their study through STM spectroscopy and measure of the Josephson characteristics. In the first experiment, I show that high quality superconducting Lead (Pb) nanocrystals can be grown on the (110) surface of InAs. When the lateral size of the Pb nanocrystals is smaller than the Fermi wavelength of the two-dimensional electron gas accumulated at the surface of InAs, the nanocrystals are only weakly coupled to this electron gas and, consequently, are found in the regime of Coulomb blockade. This phenomenon enabled the first study of the superconducting parity effect through STM spectroscopy, which we employed to check the validity of the Anderson limit. In the second experiment, I show that high quality Bismuth (Bi) nanocrystals can also be grown on the (110) surface of InAs. In contrast to Pb nanocrystals, a wetting layer of Bi separates the nanocrystals from the InAs surface, leading to a strong coupling between the Bi nanocrystals and the substrate. From STM spectroscopy, we have identified edge-states on the (111) plane of the nanocrystals with C3 symmetry. Assuming that Bismuth is a 2nd order topological insulator as suggested theoretically, the observed edge-states can be interpreted naturally as the hinge-states predicted in this last topological band-theory. Finally, I will present the methods that I developed for the fabrication of hybrid Josephson junctions on bulk InAs and InAs/GaSb heterostructures, together with preliminary measurements of Josephson characteristics
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