Modélisation théorique et analyse des états liés aux impuretés dans les supraconducteurs
Mateo Uldemolins
Les systèmes de matière condensée sont sensibles aux imperfections locales du réseau cristallin. Dans les supraconducteurs conventionnels, une impureté magnétique est l’un des défauts les plus simples entraînant la rupture de paires. Elle induit des excitations intra-gap spatialement localisées –appelées états liés de Yu-Shiba-Rusinov (YSR)– qui sont régulièrement sondées par microscopie à effet tunnel (STM, de l’acronyme en anglais). Les propriétés spectrales des états de YSR et leur structure spatiale sont complexes car elles combinent de l’information sur la structure de bandes du substrat, la fonction du gap supraconducteur et le couplage impureté-substrat. Caractériser ces particularités est cruciale pour exploiter le potentiel des états de YSR en tant qu’outil de sondage local, ainsi que pour concevoir des états d’impureté collectifs hébergeant des phases exotiques de la matière. Dans ce contexte de recherche, cette thèse étudie divers aspects des impuretés locales au sein d’un supraconducteur. Tout d’abord, inspirés par l’amélioration des possibilités de réglage du niveau de Fermi dans des nouveaux matériaux, e.g. les monocouches des dichalcogénures de métaux de transition (TMDs de l’acronyme en anglais) et les hétérostructures moiré, nous étudions comment les singularités de Van Hove dans la densité d’états du subtrat se manifestent dans les états de YSR. Deuxièmement, nous dévoilons une relation analytique simple entre l’anisotropie dans l’espace réel des états de YSR et l’anisotropie dans l’espace réciproque de la structure de bandes et de la fonction du gap supraconducteur du substrat, que nous l’utilisons ensuite pour analyser des mesures STM sur de NbSe2 . Troisièmement, nous explorons comment détecter l’existence d’une composante triplet sous-dominante dans le paramètre d’ordre supraconducteur, pertinent pour les TMDs, à partir de la réponse locale aux défauts ponctuels. Enfin, en lien avec des mesures récentes de STM sur de Fe(Se, Te), nous analysons des états intra-gap multiples dont l’energie est modifiable sur des impuretés de Fe. Afin d’expliquer les observations expérimentales, nous considérons un modèle d’impureté d’Anderson qui reflète la nature multi-orbitale des adatomes, et proposons un nouveau type de transition de phase quantique induite par l’impureté qui résulte du couplage de Hund.
