Supraconductivité chirale et transport thermique // Chiral Superconductors and Thermal Transport

Dans ce projet de doctorat, nous voulons explorer deux supraconducteurs non conventionnels bien connus par transport thermique, à travers une approche originale combinant des sondes macroscopiques et microscopiques. Ces supraconducteurs sont UPt3 et UTe2, choisis car ils permettent d'aborder directement deux questions, au cœur des débats actuels dans la communauté internationale. UPt3 traite de la question de la supraconductivité topologique, tandis qu'UTe2 nécessite une identification claire de son paramètre d'ordre supraconducteur "triplet de spin". La supraconductivité topologique est un sujet très actif sur le plan théoriquen et en raison de son intérêt potentiel dans le domaine de l'ingénierie quantique. Cependant, les résultats expérimentaux dans ce domaine sont rares, et souvent controversés. UPt3, qui a été le premier supraconducteur présentant des transitions entre phases supraconductrices, est aussi le système qui a les preuves les plus convaincantes de supraconductivité chirale.
L'objectif est d'explorer les prédictions sur l'existence d'un effet Hall thermique anormal (à champ nul), qui découlerait des courants de bord chiraux. Une nouvelle approche est proposée, combinant un dispositif conçu pour la mesure macroscopique de la conductivité thermique et de l'effet Hall thermique, avec une sonde microscopique réalisant une Spectroscopie Thermique par Balayage. Cela sera réalisé grâce à une collaboration entre deux laboratoires à Grenoble : une équipe de Pheliqs, maîtrisant la croissance de cristaux de haute qualité de ces systèmes ainsi que les mesures de transport thermique à basse température, et deux équipes de l'Institut Néel, expertes en microscopie SQUID par balayage et en mesures thermiques microscopiques jusqu'à des températures sub-Kelvin. Avec ce projet, l'étudiant en doctorat acquerra des compétences très variées, allant de la préparation d'échantillons, à l'instrumentation à basse température, et aux enjeux majeurs actuels dans le domaine des matériaux quantiques.

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In this PhD project, we intend to probe two well-known unconventional superconductors with thermal transport, through an original approach combining macroscopic and microscopic probes. These superconductors are UPt3 and UTe2, chosen because they address two issues currently under hot debate in the international community, that could strongly benefit from this new approach. UPt3 addresses the question of topological superconductivity, while UTe2 requires a clear identification of its spin-triplet superconducting order parameter.
Topological superconductivity is an active subject on the theoretical side and because of its potential interest in the field of quantum engineering. However, unambiguous experimental results are scarce, and we intend to focus here on UPt3, the first ever superconductor demonstrating the existence of transitions between superconducting phases, together with convincing evidences for chiral superconductivity. The goal is to probe predictions on the existence of an anomalous (zero field) thermal Hall effect, which would arise from the chiral edge currents.
A new approach is proposed, combining a newly designed set-up for the macroscopic measurement of thermal conductivity and thermal Hall effect, together with a microscopic probe realizing Scanning Thermal Spectroscopy. This will be realized thanks to a collaboration between two labratories in Grenoble: a team Pheliqs, mastering high quality crystal growth of these systems together with low temperature thermal transport measurements, and two teams in Néel, experts in Scanning SQUID microscopy and microscopic thermal measurements down to sub-Kelvin temperatures.
With this project, the PhD student will acquire very broad skills, ranging from sample preparation, low temperature instrumentation, and major actual issues in the field of quantum materials.


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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble
Service : DEPHY
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Ecole Doctorale de Physique de Grenoble (EdPHYS)
Directeur de thèse : Brison JeanPascal
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRIG/DEPHY/PHELIQS
URL : https://www.pheliqs.fr/Pages/Imapec/Accueil.aspx

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble
Service : DEPHY

Master 2 sur les matériaux quantiques