Strongly disordered superconductors

Benjamin Sacépé

The interplay between disorder and superconductivity is a fundamental problem of condensed matter physics. Upon increasing disorder or magnetic field it is indeed possible to induce in a thin superconducting film a continuous quantum phase transition from a superconducting state to an insulating state led by the localization of electron pairs. Such zero-temperature transition, which involves Cooper pairs as charge carriers, provides a prototypical system to address the physics of the quantum localization of interacting bosons in disordered media. In this field we mainly focused our research on thin films of amorphous indium oxide, which exhibits a sharp superconductor-to-insulator transition. On the superconducting side of the transition, we have performed in close collaboration with C. Chapelier at INAC, the pioneering mK-STM spectroscopy study of the superconducting gap. Our work has demonstrated that Cooper pairs are not suppressed at the critical disorder but persist in insulators forming localized electron bound pairs. Beyond the critical disorder or critical magnetic field, the insulator that terminates superconductivity is attracting considerable interest due to mounting evidences that the charge carriers in it are electron pairs. In collaboration with D. Shahar from the Weizmann Institute of Science, we have performed magneto-transport studies on thin films. These experiments on insulators focus on the electron-phonon coupling in non-linear transport and on the possible many-body localization of charge carriers in this peculiar insulating state.

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