ESR-STM de materiaux supraconducteurs bidimensionnels // ESR-STM on superconducting 2D materials

Ces dernières années, la microscopie à effet tunnel polarisée en spin (SP-STM) s'est imposée comme une technique puissante pour sonder les propriétés de spin avec une résolution atomique: Elle permet de mesurer à la fois la polarisation de spin et les spectres d'excitation de spin par spectroscopie tunnel inélastique et par microscopie à effet tunnel combinée à la résonance de spin électronique (ESR-STM). Un travail récent
ainsi que des mesures réalisées au sein du groupe, ont montré que le STM polarisé en spin et l'ESR-STM permettent de caractériser le spectre d'excitation de spin de molécules individuelles de phtalocyanine de fer (FePc) déposées sur Ag\MgO(100).

Un objectif majeur consiste désormais à étendre l'ESR-STM à de nouveaux systèmes présentant de nouveaux types d'excitations de spin aux propriétés topologiques non triviales.

Le premier objectif de cette thèse est de tenter des mesures d'ESR-STM sur des molécules de phtalocyanines magnétiques adsorbées sur du NbSe2 supraconducteur. La coexistence d'états de Yu-Shiba-Rusinov et d'excitations de spin-flip a déjà été démontrée pour le MnPc sur NbSe2.
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Par la suite, nous réaliserons la croissance de NbSe2 sur graphène/Ir, motivés par des travaux antérieurs montrant d'une part qu'une monocouche supraconductrice de NbSe2 peut croître sur des substrats faiblement couplés à base de graphène et, d'autre part, que l'ESR-STM de défauts de spin individuels dans une monocouche de MoS2/graphène/Ir a été observé récemment.

À plus long terme, nous envisagerons la croissance de matériaux halogénures magnétiques 2D, en particulier le CrCl3, sur du NbSe2 supraconducteur. Les états de Yu-Shiba-Rusinov localisés aux bords observés sur ce système le rendent directement pertinent pour l'étude des spins topologiques et des phénomènes supraconducteurs à l'échelle atomique.
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In recent years, spin-dependent scanning tunneling microscopy (SP-STM) has emerged as a powerful technique for probing spin properties with atomic resolution. It can measure both spin polarization and spin-excitation spectra through inelastic tunneling spectroscopy and electron spin resonance STM (ESR-STM). A recent work[1] and measurements in the group, have shown that spin-polarized and ESR-STM allowed to characterize the spin-excitation spectrum of individual Fe-phtalocyanine molecules (FePc) deposited on Ag\MgO(100).

A major objective is now to extend ESR-STM toward new systems exhibiting new types of spin excitations with non-trivial topological properties.

The first goal of the PhD is to attempt ESR-STM on magnetic phtalocyanines molecules adsorbed on superconducting NbSe2. MnPc has already shown coexisting Yu-Shiba-Rusinov states and spin-flip excitations on NbSe2[2].

After that, we will grow NbSe2 on graphene/Ir, motived by previous works showing that superconducting monolayer NbSe2 can be grown on weakly coupled graphene-based templates [3] and ESR-STM of individual spin defects in monolayer MoS2/graphene/Ir has been recently observed [4].

Further ahead, we will consider the growth of 2D magnetic halides materials, especially CrCl3, on superconducting NbSe2. The edge-localized Yu-Shiba-Rusinov states observed on this system makes it directly relevant for the study of topological spin and superconducting phenomena at the atomic scale [5].
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://phynano.c2n.universite-paris-saclay.fr/

Other public funding

ANR*

Université Paris-Saclay GS Physique

564 Physique en Ile de France

Étudiant(e) intéressé(e) par la physique des solides fondamentale. Les étudiants titulaires d'un master en physique des solides, physique quantique ou dispositifs quantiques sont encouragés à postuler. Les étudiants devront réaliser la croissance de matériaux 2D et réaliser des expériences sensisbles à basse température (350 mK) , sous ultravide et champ magnétique. un goût pour la physique expérimentale est donc nécessaire.
Student interested in fundamental solid-state physics. Students holding a Master's degree in solid-state physics, quantum physics, or quantum devices are encouraged to apply. Students will be required to grow 2D materials and conduct sensitive experiments at low temperatures (350 mK) under ultra-high vacuum and magnetic fields. A strong interest in experimental physics is therefore necessary.