Sonder la supraconductivité non-conventionnelle par STM et interférence de quasi particules // Probing unconventional superconductivity by STM and quasiparticle interference

La supraconductivité non conventionnelle se manifeste par une fonction de gap anisotrope ∆(k) dans l'espace réciproque, qui peut avoir par exemple des symétries d'ondes sphériques harmoniques p, d ou plus complexes. Les symétries d'appariement impaires (par exemple p et f) sont particulièrement intéressantes, car elles permettent des états de spin triplet des paires de Cooper. Cependant, la détection de la supraconductivité non conventionnelle (non-onde s) n'est pas toujours simple. La microscopie/spectroscopie à effet tunnel (STM) permet de mesurer la densité d'états d'un matériau, c'est-à-dire une quantité dans laquelle la dépendance en k de la relation de dispersion est moyennée. Cependant, cela ne permet pas toujours de distinguer sans ambiguïté les symétries d'appariement non conventionnelles. Par conséquent, des techniques plus avancées que les simples spectroscopies à effet tunnel sont nécessaires.
L'interférence de quasi-particules (QPI) est l'interférence entre les ondes électroniques de surface et leurs réflexions, à proximité d'un défaut. La microscopie à effet tunnel (STM) permet de cartographier les motifs oscillants des fonctions d'onde stationnaires résultant de la QPI (Fig. 1). L'analyse de Fourier de ces motifs permet de reconstruire l'ensemble de la relation de dispersion et la structure de bande du matériau [1]. Nous avons récemment montré qu'en utilisant la QPI, on peut aller plus loin et même accéder à des propriétés topologiques, telles que la phase géométrique quantique (Berry) du graphène [2,3]. Cela ouvre des possibilités totalement nouvelles d'utiliser la QPI pour déterminer des propriétés supraconductrices non conventionnelles, difficiles à mesurer par d'autres moyens.
Le présent projet de recherche vise à pousser cette technique plus loin et à l'appliquer à plusieurs supraconducteurs non conventionnels candidats, tels que l'UTe2, le NbSe2 monocouche et la famille des supraconducteurs Kagomé AV3Sb5 (avec A=Cs, Rb, K). La combinaison de spectroscopies à effet tunnel et d'analyses QPI à des températures de l'ordre du millikelvin fournira des informations précieuses sur les détails des mécanismes supraconducteurs à l'œuvre.
Nous recherchons un doctorant motivé, possédant de solides connaissances en physique de la matière condensée et s'intéressant à la supraconductivité et à la microscopie à effet tunnel à basse température.
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Unconventional superconductivity manifests as an anisotropic gap function ∆(k) in reciprocal space, which can have for instance the spherical harmonic p-, or d- or more complicated wave symmetries. Particularly interesting are the odd (for example p and f) pairing symmetries because they allow for triplet spin states of the Cooper pairs. However, detecting unconventional (non-s-wave) superconductivity is not always simple. Scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM) allows measuring the density of states of a material, that is, a quantity in which the k-dependence of the dispersion relation is averaged out. However, this does not always allow discriminating unambiguously unconventional pairing symmetries. Therefore, more advanced techniques beyond simple tunneling spectroscopies are necessary.
Quasiparticle interference (QPI) is the interference between electronic surface waves and their reflections, near a defect. Scanning tunneling microscopy (STM) allows mapping the oscillating patterns of the standing wave functions resulting from QPI (Fig. 1). The Fourier analysis of these allows reconstructing the entire dispersion relation and band structure of the material [1]. We have recently shown that using QPI one can go further and even access topological properties, such as graphene's quantum geometric (Berry) phase [2,3]. This opens completely new possibilities to use QPI to determine unconventional superconducting properties, which are difficult to measure by other means.
The present research project aims at pushing this technique further and applying it to several candidate non-conventional superconductors, such as UTe2, single-layer NbSe2, and the family of Kagomé superconductors AV3Sb5 (with A=Cs, Rb, K). Combining tunneling spectroscopies and QPI analysis at millikelvin temperatures will provide precious information about the details of the superconducting mechanisms at work.
We are looking for a motivated Phd candidate with a strong background in condensed matter physics, interested in superconductivity and low-temperature scanning tunneling microscopy.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

47 PHYS - Physique

Master 2 de Physique avec de fortes compétences en physique quantique, matière condensée
Master degree in Physics with emphasis on quantum physics and condensed matter