Impact de la chiralité structurale sur les propriétés physiques d’un supraconducteur moléculaire

La supraconductivité, technologie ultime pour les économies d'énergie de par sa capacité à transporter et à stocker l'énergie sans perte, permet également de réaliser des dispositifs quantiques à l’efficacité et la sensibilité inégalée. Une autre tendance forte concerne l’utilisation de supraconducteurs classiques (comme l’Aluminium) pour former des q-bits, briques élémentaires des ordinateurs quantiques actuels. Il a récemment été proposé que les performances des ordinateurs quantiques pourraient être boostées par l’utilisation de briques élémentaires supraconductrices qui seraient protégées topologiquement et donc plus robuste (vis-à-vis des processus de décohérence) : www.nature.com/articles/d41586-025-00527-z).

Ce sujet de thèse est basé sur la découverte récente par le groupe de N. Avarvari à Angers (en collaboration avec R. Kato et H. Cui du Riken Institute au Japon) d’un état supraconducteur induit par l’application d’une pression modérée (<1.5 GPa) à un solide moléculaire possédant une structure cristalline chirale. Jusqu’à présent, les seuls supraconducteurs possédant une structure cristalline chirale connus étaient de type inorganique, et un seul énantiomère pouvait être synthétisé, ce qui rendait la détection de l’impact de la chiralité structurale sur l’état supraconducteur difficile à établir. Les solides moléculaires permettent d’éliminer cette forte contrainte car un centre chiral peut être introduit au sein d'une molécule lors de la synthèse en solution avec une chiralité (énantiomère gauche ou droit) bien définie. La molécule synthétisée peut ensuite être cristallisée pour obtenir le supraconducteur moléculaire correspondant, avec une chiralité structurale totalement contrôlée.

Nous proposons, à travers ce projet, d’étudier l’impact de la chiralité structurale sur les propriétés physiques de l’état supraconducteur et de l’état normal d’un supraconducteur moléculaire, dont la structure cristalline est chirale. Plus précisément, nous établirons le diagramme de phase Température - Pression afin de mettre en évidence les différentes phases électroniques en compétition avec la supraconductivité et nous étudierons l’effet diode supraconductrice et l’anisotropie magnéto-chirale électrique (voir figure).

Ce sujet de thèse propose tout d’abord de synthétiser des monocristaux, puis d’établir les propriétés structurales (DRX sous pression, à l’ICMCB et grand instrument ESRF/SOLEIL), magnétiques (SQUID sous pression), et de transport électronique (résistivité, effet Hall et oscillations quantiques, transport non-réciproque) sous pression, en champ magnétique intense et températures sub-Kelvin. La synthèse de monocristaux est totalement maitrisée par notre partenaire Moltech-Angers (N. Avarvari) et sa réalisation à l’ICMCB sera facilitée par la collaboration avec F. Riobé (ICMCB).

L’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux est une unité mixte de recherche (UMR5026) du CNRS, de l‘Université de Bordeaux et de Bordeaux INP.
Fort de son expertise scientifique en chimie du solide, en science des matériaux, et en chimie & procédés, l’ICMCB s’inscrit dans le développement de nouveaux concepts dans la chaîne de valeur des matériaux, pour synthétiser, mettre en forme et recycler d’une manière durable des matériaux émergents, notamment pour l’énergie, pour l’environnement et la santé et pour l’électronique et la photonique. L’ICMCB entre dans l’ère de la science des données et de l’IA.

Nous cherchons un candidat / une candidate intéressé par la supraconductivité et fortement motivé, issu d'un master de physique. Ce travail de thèse inclut la préparation et la manipulation de petits échantillons sous binoculaire. Nous recherchons donc une personne minutieuse et agile de ses mains, aimant particulièrement le travail soigné. Une expérience précédente (stage) dans le domaine des mesures physiques basse température et la préparation d’échantillon serait un atout.