STAGE "Structure fine" d'un circuit supraconducteur: manipulation du spin d'un électron unique

Date de mise à jour de l’offre

Groupe Quantronique, SPEC, CEA-S :

The rapid progress of miniaturization has shrunk electronic devices so much that their dimensions now become comparable to the size of atoms. Field-effect transistors with a length of the order of a few tens of nanometers are already on the market. In the laboratory, state-of-the-art nanofabrication even reaches the ultimate stage: it is possible to make individual structures consisting of a few atoms or molecules. A novel situation appears: the quantum behavior of electrons can emerge at the level of collective electrical variables described by the macroscopic concepts of voltages, currents, resistors, capacitors and so on. It is important to note that in microelectronics, quantum mechanics only entered so far to explain material properties and did not play a role in the electrodynamics of circuits which always remained classical. What new phenomena arise when electron quantum coherence span a whole device and can influence its collective behavior? The aim of the research performed b

Description de la mission

Nous concevons et fabriquons des circuits supraconducteurs dont le comportement est déterminé
par les lois de la mécanique quantique. Pour un stage avant la thèse, nous proposons de réaliser
des expériences visant à la manipulation cohérente du spin d'une quasiparticule unique. Dans la pratique, nous utilisons des nanofils semiconducteurs couverts d'une coque supraconductrice. Cette coque est retirée sur une petite section du fil, ce qui se traduit par un spectre discret d'états quantiques dans la section découverte. Nous avons récemment montré que,
du fait de l'interaction spin-orbite dans le semiconducteur, ce spectre présente une structure fine
analogue à celle du spectre des atomes [1]. Pendant le stage, la manipulation quantique du spin d'une quasiparticule unique sera réalisée en utilisant les techniques de l'électrodynamique
quantique en circuits. Ces expériences donneront accès au temps de vie et au temps de cohérence
des états. Nous prévoyons aussi de tester la prédiction récente d'une transition de phase sous champ
magnétique dans les nanofils couverts d'une coque supraconductrice [2]. Une phase topologique
comportant des fermions de Majorana devrait être accessible, et révélée par la spectroscopie du
circuit. Elle/Il sera intégrée dans un groupe de recherche très actif en électronique quantique, et se
familiarisera avec des concepts avancés de mécanique quantique et de supraconductivité. Il/Elle
apprendra aussi plusieurs techniques expériementales: les mesures à basse température, bas bruit,
dans le domaine des micro-ondes, ainsi que la nanofabrication.
[1] L. Tosi et al., “Spin-Orbit Splitting of Andreev States Revealed by Microwave Spectroscopy”, Phys. Rev. X 9, 011010 (2019).
[2] R. Lutchyn et al., “Topological superconductivity in full shell proximitized nanowires arXiv :1809.05512 (2018).

Profil recherché

Nous cherchons une étudiante ou un étudiant fortement motivé ayant une bonne compréhension
de la mécanique quantique.

Niveau de qualification requis

Bac + 4/5 et +
  • Employeur
    Groupe Quantronique, SPEC, CEA-S
  • Secteur d’activité de la structure
    Enseignement - Formation - Recherche
  • Effectif de la structure
    De 51 à 250 salariés
  • Type de stage ou contrat
    Stage pour lycéens et étudiants en formation initiale
  • Date prévisionnelle de démarrage
  • Durée du stage ou contrat
    Plus de 4 mois et jusqu'à 6 mois
  • Le stage est-il rémunéré ?
    Oui
  • Niveau de qualification requis

    Bac + 4/5 et +
  • Lieu du stage
    SPEC, Orme des Merisiers, CEA-Saclay
    91190 SAINT AUBIN
  • Accès et transports
    RER Le Guichet puis bus 9, ou Massy puis bus 91.06, ou Gif puis marche