Les états à dénominateur pair de l'effet Hall quantique fractionnaire (par exemple ??=5/2) devraient héberger des excitations qui ont des statistiques anyoniques non abéliennes, ce qui en fait des candidats prometteurs pour la réalisation d'un processeur quantique topologique [1]. Bien que la démonstration de ces statistiques non abéliennes ait longtemps été une entreprise extrêmement difficile, des expériences récentes dans des hétérostructures semi-conductrices GaAs ont montré que la conductance thermique de bord de l'état ??=??/?? est quantifiée dans des valeurs demi-entières du quantum de conductance thermique [2,3]. Cette quantification en demi-entier est connue pour être une signature universelle des statistiques non-abéliennes, y compris des fermions de Majorana [4]. Cependant, de nombreux candidats présumés pour l'état fondamental de ??=5/2 ont des structures de bord complexes présentant des modes neutres contre-propagateurs, qui peuvent modifier la conductance thermique de bord et leur donner des valeurs non entières similaires à celles d'un bord non abélien. Une expérience très récente [3] a contourné le problème en trouvant un moyen de séparer les contributions des différents canaux au bord, confirmant l'existence d'un canal non abélien avec une conductance électrique et thermique quantifiée demi-entière. La prochaine question évidente est de savoir si ce résultat est vraiment universel : est-il valable pour différents matériaux et différents états de dénominateur pair ?

Dans ce projet, nous proposons de répondre à ces questions en effectuant des mesures de transport de chaleur dans des états de Hall quantiques fractionnaires dans le graphène bicouche. Il a récemment été démontré que le graphène bicouche empilé par Bernal hébergeait une grande variété d'états de Hall quantiques fractionnaires robustes à dénominateur pair [5-8], à la fois semblables à des trous et à des électrons. Il s'agit d'un excellent banc d'essai pour l'étude de la conductance thermique, car ces fractions devraient être décrites par différents états fondamentaux (éventuellement non abéliens) ; en outre, la possibilité d'appliquer des champs de déplacement électrique permet un degré de contrôle supplémentaire sur les états à dénominateur pair, qui peuvent être étudiés par transport de chaleur.

Ce projet expérimental est basé sur le transport thermique à très basses températures et à champs magnétiques élevés [9], basé sur des mesures électriques très sensibles. Nous recherchons des candidats très motivés et intéressés par tous les aspects du projet, tant expérimentaux (fabrication d'échantillons, mesures à faible bruit, cryogénie) que théoriques.

[1] Nayak, et al., RMP 80, 1083 (2008) [2] Banerjee, et al., Nature 559, 205 (2018)
[3] Dutta, et al., Science 377, 1198 (2022) [4] Kasahara, et al., Nature 559, 227 (2018)
[5] Ki, et al., Nano Letters 14, 2135 (2014) [6] Li, et al., Science 358, 648 (2017)
[7] Zibrov, et al., Nature 549, 360 (2017) [8] Huang, et al., PRX 12, 031019 (2022)
[9] Le Breton, …, & Parmentier, PRL 129, 116803 (2022)