Propriétés dynamiques des vortex et des quasiparticules dans les supraconducteurs

Abstract

L'intérêt croissant pour la supraconductivité et ses applications dans la microélectronique ultrarapide moderne stimule l'étude active de divers problèmes dans ce vaste domaine de la matière condensée. Cette thèse, basée sur plusieurs publications, présente des études théoriques des quelques nouveaux aspects de la physique des vortex et des excitations de quasiparticules dans un condensat supraconducteur.Le premier chapitre est consacré à la manifestation la plus importante de la supraconductivité - les vortex quantiques, qui sont aujourd'hui activement considérés comme des éléments possibles de l'ordinateur quantique et d'autres dispositifs microélectroniques. Un moyen important de contrôle physique de tels systèmes est la manipulation de vortex individuels. Les propriétés dynamiques et les processus dissipatifs associés provoqués par le mouvement du vortex sont déterminés à la fois par la structure du champ magnétique du vortex et l'arrangement électronique des quasiparticules à l'intérieur du noyau normal du vortex. La structure de vortex peut être fortement déformée dans les supraconducteurs présentant des défauts de tailles assez diverses, notamment dans les cristaux réels, où l'apparition d'imperfections est inévitable. A titre d'exemple nous avons étudié la configuration électronique (ou sous-gap) et électromagnétique du vortex au voisinage des défauts planaires. Nos prédictions peuvent être utiles pour interpréter les résultats expérimentaux récents liés à l'imagerie de vortex et peuvent devenir un guide utile pour le développement de dispositifs électroniques à base de vortex.Dans le deuxième chapitre, la dynamique du condensat supraconducteur exposé au rayonnement lumineux polarisé circulairement est étudié dans le contexte de la théorie récemment développée de l'effet Faraday inverse (EFI) pour les supraconducteurs. Plus précisément, nous considérons un régime fortement non linéaire du régime EFI par rapport au paramètre d'ordre et discutons la possibilité du piégeage des vortex d'Abrikosov par des courants supraconducteurs. Ce dernier peut être utilisé comme un outil utile pour la génération optiques des vortex donnant lieu à la création à la demande des vortex sans application de champ magnétique. Nous avons également étudié l'EFI dans le régime de fluctuationnel au-dessus de la température critique pour le cas de petits anneaux supraconducteurs, ce qui, à son tour, peut être considéré comme une application prometteuse pour la fluxonique supraconductrice.Le troisième chapitre traite la dynamique hors d'équilibre du condensat supraconducteur en présence d'un champ Zeeman médié par l'interaction spin-orbite. En particulier nous avons examiné l'excitation des modes d'amplitude du paramètre d'ordre (appelés modes de Higgs) dont le comportement résonant est fortement déterminé par le champ de Zeeman appliqué. De tels modes modifient fortement la réponse électromagnétique d'un supraconducteur et peuvent être directement couplés au champ Zeeman externe. De plus, nous avons examiné comment l'intersection de différentes branches dans le spectre des quasiparticules, causée par le champ de Zeeman, provoque un effet tunnel non adiabatique des états des quasiparticules. Cela conduit à un changement dynamique important du paramètre d'ordre ainsi que de la fonction de distribution des quasiparticules, ce qui peut affecter le transport et/ou la réponse optique du supraconducteur.