Supraconductivité et magnétisme dans l'antimonène 2D étudiés par microscopie et spectroscopie tunnel et photoémission résolue en angle // Superconductivity and Magnetism in 2D Antimonene Studied by Low-Temperature Scanning Tunnelling Spectroscopy

Ce sujet de thèse porte sur l'étude expérimentale des propriétés électroniques, magnétiques et topologiques de l'antimonène, un matériau bidimensionnel d'atomes de Sb présentant un fort couplage spin–orbite. Dans un premier temps, l'accent sera mis sur la détermination de la structure de bandes d'antimonène dopé par des impuretés magnétiques (éléments 3d et 4f), à l'aide de la photoémission résolue en angle (ARPES). Ces mesures, réalisées sur des couches épitaxiées sur Ge(111), permettront de suivre l'évolution des bandes en fonction du dopage, d'identifier d'éventuelles bandes polarisées en spin et de caractériser les effets de renormalisation induits par les impuretés magnétiques.
Dans un second temps, le travail se concentrera sur des hétérostructures dans lesquelles l'antimonène dopé est mis en contact avec un supraconducteur afin d'induire un état supraconducteur par effet de proximité. Ces systèmes seront étudiés par microscopie et spectroscopie tunnel à très basse température (STM/STS), avec pour objectif de sonder localement le gap supraconducteur, d'imager des états de Yu–Shiba–Rusinov associés aux impuretés magnétiques et de rechercher des signatures possibles de superconductivité topologique, par exemple sous la forme d'états localisés aux bords, aux défauts ou le long de chaînes d'atomes magnétiques.
L'ensemble du projet s'appuiera sur une analyse fine des données (cartes STM, QPI, ARPES) et sur des collaborations étroites avec des équipes théoriques (DFT et Bogoliubov–de Gennes), dans un environnement expérimental de pointe au LPEM (ESPCI Paris)
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This PhD project aims to investigate the electronic, magnetic and topological properties of antimonene, a two-dimensional material made of Sb atoms with strong spin–orbit coupling. In a first stage, the focus will be on determining the band structure of antimonene doped with magnetic impurities (3d and 4f elements) using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). Measurements performed on epitaxial layers grown on Ge(111) will track how the bands evolve with doping, reveal possible spin-polarised states and characterise impurity-induced renormalisation effects.
In a second stage, the work will address heterostructures in which doped antimonene is brought into contact with a superconductor in order to induce superconductivity by proximity effect. These systems will be studied with low-temperature scanning tunnelling microscopy and spectroscopy (STM/STS), with the goal of probing the superconducting gap at the nanoscale, imaging Yu–Shiba–Rusinov states associated with individual magnetic impurities and searching for possible signatures of topological superconductivity, for instance in the form of localised states at edges, defects or along chains of magnetic atoms. The project will rely on advanced data analysis (STM mapping, QPI, ARPES) and on close collaboration with theory groups performing DFT and Bogoliubov–de Gennes calculations, within a state-of-the-art experimental environment at LPEM (ESPCI Paris)
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Début de la thèse : 01/10/2026

Other public funding

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche*

ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

564 Physique en Ile de France

Nous recherchons une doctorante ou un doctorant issu d'une formation de niveau Master 2 (ou équivalent) en physique, avec de solides bases en physique de la matière condensée et en physique quantique. Un intérêt marqué pour les expériences à basse température, les matériaux 2D, la supraconductivité et/ou le magnétisme est indispensable. Une première expérience en techniques sous ultravide (MBE, ARPES, STM/AFM), en cryogénie ou en mesures de transport sera appréciée, mais n'est pas obligatoire. Le/la candidat·e devra être à l'aise avec l'analyse de données expérimentales et la programmation scientifique (par exemple Python, Matlab ou équivalent). Un bon niveau d'anglais écrit et oral est attendu ; la pratique du français constitue un atout supplémentaire. Nous cherchons enfin une personne curieuse, autonome, organisée, et capable de travailler en équipe dans un environnement de recherche international.
We are looking for a PhD candidate with a Master's degree (or equivalent) in physics and a solid background in condensed-matter and quantum physics. A strong interest in low-temperature experiments, 2D materials, superconductivity and/or magnetism is essential. Previous experience with ultra-high-vacuum techniques (MBE, ARPES, STM/AFM), cryogenics or transport measurements will be appreciated but is not strictly required. The candidate should feel comfortable with experimental data analysis and scientific programming (e.g. Python, Matlab or similar tools). A good command of written and spoken English is expected; knowledge of French is an additional asset. We are seeking a curious, motivated and autonomous person, with good organisational skills and a strong interest in working as part of a team in an international research environment.