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Claire Marrache-Kikuchi

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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 :

  • 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

Autres systèmes supraconducteurs

Récemment, en collaboration avec Denis Jérome (LPS, Orsay) et Shingo Yonezawa (Université de Kyoto), je me suis intéressée au désordre dans les supraconducteurs organiques. Nous avons montré que dans ces composés extrêmement propres, on pouvait avoir une granularité électronique effective.

Publication associée :

  • Crossover from impurity-controlled to granular superconductivity in (TMTSF)2ClO4 , S. Yonezawa, C. A. Marrache-Kikuchi, K. Bechgaard, D. Jérome, Phys. Rev. B, 97, 014521, 2018 PDF

Instrumentation et cryogénie

Afin de caractériser ses systèmes, nous avons développé une instrumentation en cryogénie, qui constitue un travail à part entière. En collaboration avec Julien Gabelli et Marco Aprili (LPS, Orsay), nous avons développé des méthodes de mesures GHz pour déterminer la réponse électrocinétique de films minces.

Quelques publications associées :

  • Environment-insensitive calibration for cyogenic broadband microwave reflectometry measurements, F. Couëdo, L. Bergé, L. Dumoulin, M. Aprili, C.A. Marrache-Kikuchi, J. Gabelli, ArXiv:1801.00436 PDF
  • Full range resistive thermometers, E. Olivieri, M. Rotter, M. de Combarieu, P. Forget, C.A. Marrache-Kikuchi, P. Pari, Cryogenics, 72, 148, 2015 PDF
  • Cryogenic calibration setup for broadband complex impedance measurements, P. Diener, F. Couëdo, C. Marrache-Kikuchi, M. Aprili, J. Gabelli, AIP Conf. Proc., 1610, 113, 2014 PDF

Application de la supraconductivité aux détecteurs

Je participe à l’activité "Physique des Solides Fondamentales" du groupe Détecteurs Cryogéniques. A ce titre, je m’intéresse aux applications de films supraconducteurs à la détection en Astroparticules.

Quelques publications associées :

  • Development of 100Mo-containing scintillating bolometers for a high-sensitivity neutrinoless double-beta decay search, E. Armengaud et al., Eur. Phys. J. C, 77, 785, 2017 PDF
  • Axion searches with the EDELWEISS-II experiment , E. Armengaud et al., Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 11, 67, 2013 PDF
  • Tunable Superconducting Properties of a-NbSi Thin Films and Application to Detection in Astrophysics , O. Crauste, C.A. Marrache-Kikuchi, L. Bergé, S. Collin, Y. Dolgorouky, S. Marnieros, C. Nones, L. Dumoulin, J. Low Temp. Phys., 163, 60, 2011 PDF

Divers

Enseignement

En parallèle, j’enseigne à l’Université Paris-Sud. J’interviens principalement au Magistère de Physique Fondamentale, à l’Institut Villebon Georges Charpak et en M2 Grands Instruments :

J’encadre des TPs libres au Magistère de Physique qui donnent parfois lieu à des publications d’enseignement :

  • A study of kinetic friction : The Timoshenko oscillator , R. Henaff, G. Le Doudic, B. Pilette, C. Even, J.M. Fischbach, F. Bouquet, J. Bobroff, M. Monteverde, C.A. Marrache-Kikuchi, Am. J. Phys., 86, 174, 2018 PDF ; video