Propriétés d'équilibre et de transport électronique dans des jonctions hybrides entre supraconducteurs et matériaux ferromagnétiques et/ou à fort couplage spin-orbite

Nous avons considere la competition entre la supraconductivite conventionnelle (S) et les champs agissant sur le spin, comme l'effet Zeeman et le couplage spin-orbite. Dans un supraconducteur conventionnel, les electrons de spins et d'impulsions opposes forment des paires de Cooper. Par effet de proximite, les correlations de paire penetrent dans des conducteurs dans l'etat normal (N) sur une longueur typique. Cet effet de proximite donne lieu a des phenomenes coherents de phase qui sont tres fortement modifies en presence de correlations ferromagnetiques (F) ou de fort couplage spin-orbite. Par exemple, l'effet de proximite est tres fortement reduit dans un materiau ferromagnetique qui favorisera un alignement des spins dans une direction commune, contrairement a l'appariement singulet de spin de la supraconductivite. Un autre effet important est l'effet Josephson qui consiste en un courant non dissipatif de paires de Cooper entre deux supraconducteurs separes par un lien faible.Nous avons etudie l'effet Josephson dans une jonction entre deux supraconducteurs avec champs d'echange. Nous supposons que l'orientation dun champ d'echange peut etre controle individuellement dans chaque electrode supraconductrice. Quand les champs d'echange sont antiparalleles, nous avons trouve qu'il est possible d'augmenter le courant Josephson critique en augmentant la norme de ces champs d'echange antiparalleles, ce qui paraissait contre-intuitif au depart. Les etats lies d'Andreev (ELA) n'avaient pas ete etudies en detail dans ce type de jonctions. Nous avons donc analyse leurs proprietes spectrales, et demontre que pour des champs d'echange de meme sens, on a generalement la suppression des ELA pour certains intervalles de la difference de phase supraconductrice. En general, le courant Josephson est porte en partie par les ELA et en partie par le continuum des etats d'energie au dessus du gap.La suppression de l'effet de proximite supraconducteur dans les heterojonctions magnetiques peut etre evitee en generant des composantes triplet des correlations de paire ayant des projections de spin orthogonales au champ. En theorie, ces correlations triplet a longue portee (CTLP) peuvent etre engendrees par la presence simultanee de couplage spin-orbite (CSO) et d'un champ d'echange uniforme, mais cela n'a pas encore ete confirme experimentalement. Nous proposons des designs de jonctions favorables pourmettre en evidence ces CTLP, et nous calculons le courant Josephson pour deux types de CSO.Nous nous sommes aussi interesses aux courants de spin d'equilibre dans des nanofils normaux et supraconducteurs. Dans un nanofil en presence de couplages spin-orbite et Zeeman, nous montrons que des courants de spin a l'equilibre conduisent a des accumulations de spin aux extremites du fil. Cette propriete existe a la fois dans l'etat normal et l'etat supraconducteur, independamment du degre de desordre. Cette polarisation de spin transverse augmente fortement dans l'etat supraconducteur quand le couplage Zeeman est de l'ordre de grandeur du gap supraconducteur, conduisant a une susceptibilite transverse bien superieure a la susceptibilite longitudinale.Dans le dernier chapitre de la these, nous etudions le transport electronique dans des heterostructures de semimetaux de Weyl. Cette classe de materiaux a une dispersion relativiste autour de points de Weyl caracterisee par une chiralite bien definie a basse energie. Nous avons decouvert un effet de filtre de chiralite a l'interface de deux semimetaux de Weyl, qui apparait lorsque les points de Weyl de part et d'autre de l'interface sont separes en energie et en impulsion. Nous avons calcule la conductance differentiellea travers une telle interface et identifie les regimes de transport laissant passer i) aucune, ii) une ou bien iii) les deux chiralites.