MASH — Etats de Majorana et d’Andreev dans des circuits hybrides combinant des matériaux magnétiques et supraconducteurs

Le supercourant qui s’établit entre deux supraconducteurs connectés par un lien mésoscopique est essentiellement porté par des états localisés de quasi-particules, les « états liés d’Andreev ». Le premier objectif de ce projet est d’explorer de nouveaux phénomènes fondamentaux qui sont prédits lorsque le degré de liberté de spin joue un rôle important pour ces états liés. Ces phénomènes ouvrent un nouveau champ de recherche à mi-chemin entre le domaine de la spintronique et celui des dispositifs supraconducteurs. Nous explorerons notamment des liens faibles constitués par des nanofils semiconducteurs à fort couplage spin-orbite (tels que InAs) sous un champ magnétique axial. Ces systèmes suscitent actuellement une forte activité de par le monde, aussi bien théorique qu’expérimentale, car il est prédit que des états liés singuliers s’y forment qui se comporteraient comme des fermions de Majorana, une sorte de « particule élémentaire » qui reste insaisissable en physique des hautes énergies. Au-delà de cette quête de fermions de Majorana, ce projet considère d’autres propriétés des systèmes combinant magnétisme et supraconductivité. Nous explorerons des liens faibles faits d’aimants semi-métalliques et d’hétérostructures ferromagnétiques non-colinéaires pour lesquels on attend un type de supraconductivité inhabituel avec des paires de Cooper de spin total S=1 au lieu de S=0. Finalement, nous explorerons le spectre des états liés d’Andreev dans des points quantiques où le couplage Kondo et la supraconductivité sont en compétition. Le deuxième objectif du projet est la dynamique des états liés d’Andreev, un domaine qui reste relativement inexploré malgré l’existence de plusieurs propositions pour utiliser ces états comme base pour une nouvelle classe de bits quantiques. En particulier nous chercherons à comprendre l’observation récente et inattendue de dissipation à basse-fréquence dans des liens diffusifs, ainsi qu’à déterminer les temps de relaxation de l’énergie et de la phase des états d’Andreev dans des contacts atomiques. Enfin, il est prédit que des systèmes Josephson où coexistent effet Zeeman et spin-orbite ont également une réponse dynamique intéressante qui couple les degrés de liberté supraconducteur et magnétique. Deux grands groupes expérimentaux experts en physique mésoscopique et en supraconductivité et deux groupes de théoriciens aux compétences complémentaires, s’impliquent fortement (465 personnes-mois) dans ce projet ambitieux.