« Sonder le transport topologique du Bismuth par les interférences quantiques »

Conférence "Sonder le transport topologique du Bismuth par les interférences quantiques", de Hélène BOUCHIAT, Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, Univ. Paris-Sud, Univ. Paris-Saclay, Orsay organisée par l'IPCMS

Abstract:

Les isolants topologiques à 3 dimensions se caractérisent en général par un volume isolant et des surfaces  conductrices. Une nouvelle classe d’isolants topologiques a été récemment proposée pour lesquels le volume et les surfaces sont également isolants mais certaines arrêtes cristallines sont parfaitement conductrices, lorsqu’elles séparent des surfaces dont  les masses effectives électroniques  sont de signe opposé. Le bismuth a été proposé théoriquement  comme faisant partie de cette classe d’isolants topologiques. Toutefois le bismuth est aussi connu comme étant un semi-metal avec des poches d’électrons et de trous dans le volume aux propriétés de transport  sous champ magnétique tout à fait remarquables liées à leur faible énergie de Fermi. Nous montrons comment les expériences de transport sur des nanocristaux  d’orientation contrôlée peut réconcilier ces deux visions en suggérant une coexistence entre deux types de transport électronique diffusif en volume et en surface , et balistique le long des arrêtes.
Parmi ces expériences je détaillerai plus particulièrement celles réalisées dans notre laboratoire en connectant des nano fils de bismuth à des contacts supraconducteurs. En étudiant les interférences quantiques sous champ magnétique dans les jonctions Josephson ainsi constituées, on a pu révéler la présence de canaux très étroits situés le long de certaines arrêtes le long desquelles se déplacent  les paires supraconductrices de façon balistique. La protection topologique de cette conduction unidimensionnelle est assurée par le très important couplage spin-orbite dans  le bismuth.