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Mon sujet de recherche porte sur les conditions d’existence de la supraconductivité : Quelles sont les conditions pour son émergence ? Quels sont les facteurs qui la détruisent ?

Pour cela, j’étudie plus particulièrement des systèmes désordonnés de basse dimensionnalité à très basse température (< 1 K, soit < – 272°C). Dans des films minces, de quelques nanomètres, les conséquences du moindre désordre peuvent être dramatiques et ainsi modifier les propriétés électroniques du système. En effet, à ces températures et pour ces épaisseurs de films, les interférences quantiques rentrent en compétition avec des interactions coulombiennes renforcées. Si on ajoute à cela des fluctuations supraconductrices, on peut obtenir une riche variété de phénomènes complexes : localisation d’Anderson, émergence d’ordres électroniques ou magnétiques, supraconductivité exotique, …. L’état fondamental du système peut même être modifié via des Transitions de Phases Quantiques telles que la Transition Métal-Isolant ou la Transition Supraconducteur-Isolant.

Transition Supraconducteur-Isolant

Mon activité principale concerne la compréhension de la Transition Supraconducteur-Isolant. Nous menons une étude approfondie de cette transition sur un système modèle, le NbSi en couches ultra-minces, à très basse température (7 mK). Le but est de mesurer les lois d’échelle qui régissent les Transitions de Phase Quantiques de ce système, de sonder en détail les mécanismes mis en jeu ainsi que la nature microscopique (fermionique ou bosonique) des phases en présence. Nous nous sommes en particulier attachés à qualifier les effets et la nature du désordre et avons montré l’existence d’une phase métallique exotique, non prévue par la théorie dans ces films minces.

Une collaboration avec Julien Delahaye et Thierry Grenet (Institut Néel, Grenoble) a par ailleurs permis de mettre en évidence le comportement vitreux de ces systèmes lorsqu’ils sont très isolants.

Quelques publications associées :

  • Composition Dependence of Transport Properties in YSi Thermometric Films, L‑ H‑ H. To, S. Sengupta, F. Pallier, L. Bergé, L. Dumoulin, S. Marnieros, C. Marrache‑Kikuchi, Journal of Low Temp. Phys., 209, 1104, 2022
  • Overactivated transport in the localized phase of the superconductor-insulator transition, V. Humbert, M. Ortũno, A. M. Somoza, L. Bergé, L. Dumoulin, C. A Marrache-Kikuchi, Nature Communications, 12, 6733, 2021. PDF
  • Sample-based calibration for cryogenic broadband microwave reflectometry measurements, F. Couëdo, L. Bergé, L. Dumoulin, M. Aprili, C. A. Marrache-Kikuchi, J. Gabelli, AIP Advances, 9, 075005, 2019. PDF
  • Electron glass effects in amorphous NbSi films, J. Delahaye et al., SciPost, 8, 56, 2020 PDF
  • Dissipative phases across the superconductor-to-insulator transition , F. Couëdo, O. Crauste, A.A. Drillien, V. Humbert, L. Bergé, C.A. Marrache-Kikuchi, L. Dumoulin, Scientific Report, 6, 35834, 2016 PDF
  • Observation of thermally activated glassiness and memory dip in a-NbSi insulating thin films, J. Delahaye, T. Grenet, C.A. Marrache-Kikuchi, A.A. Drillien, L. Bergé, Europhys. Lett., 106, 67006, 2014 PDF
  • Destruction of superconductivity in disordered materials : a dimensional crossover, O. Crauste, F. Couëdo, L. Bergé, C.A. Marrache-Kikuchi, L. Dumoulin, Phys. Rev. B, 90, 060203, 2014 PDF
  • Effect of annealing on the superconducting properties of a-NbSi thin films , O. Crauste, A. Gentils, F. Couëdo, Y. Dolgorouky, L. Bergé, S. Collin, C.A. Marrache-Kikuchi, L. Dumoulin, PRB, 87, 144514, 2013 PDF
  • Thickness-tuned superconductor-insulator transitions under magnetic field in a-NbSi, C.A. Marrache-Kikuchi, et al., Phys. Rev. B, 78, 144520, 2008 PDF
  • Observation of the Nernst signal generated by fluctuating Cooper pairs, A. Pourret, H. Aubin, J. Lesueur, et al., Nat. Phys., 2, 683-686, 2006 PDF