La matière condensée moderne porte un intérêt particulier pour la classe de matériaux formée par les isolants topologiques. Ils sont différents des isolants typiques par leurs intéressantes propriétés quantiques; ils se comportent comme des isolants dans leur intérieur, mais contiennent des états conducteurs sur leur surface. On peut mieux comprendre le comportement de certains systèmes en matière condensée, tel que les chaînes de polyacétylène, en étudiant un système unidimensionnel simple : le modèle de Su-Schrieffer-Heeger (SSH). Le modèle SSH décrit des fermions sans spin sautant sur un réseau unidimensionnel où les amplitudes de saut alternent d’un site à l’autre. Ce modèle, bien que simpliste, expose les propriétés clés des isolants topologiques tel que les états délocalisés dans tout le réseau ainsi que les états exponentiellement localisés aux frontières du réseau. Dans ce projet, nous étudions le modèle SSH, mais en ajoutant un défaut central dans le réseau qu’on appelle un soliton. Dans notre cas, le soliton consiste en un site central donc les amplitudes de saut sont les mêmes d’un côté et de l’autre. Nous trouvons un ensemble de solutions complet incluant des états de basse énergie localisés aux frontières ainsi que des états de haute énergie localisés au soliton. / Topological insulators are a class of materials that have attracted much attention in modern condensed matter. They are different from typical insulators as they exhibit interesting quantum properties; they behave as insulators in their interior but have conducting states on their surface. We can better understand the properties of low dimensional condensed matter systems (like poly-acetylene chains) by studying a toy model known as the Su-Schrieffer-Heeger (SSH) Model. The SSH model describes spinless fermions hopping on a one-dimensional lattice with staggered hopping amplitudes. Such a toy model exhibits key properties of topological insulators, such as bulk states (delocalized states across the lattice) and edge states (exponentially localized states at the boundaries of the lattice). In this project, we study the SSH model with an added central defect to the chain, which we call a soliton. In our case, the soliton consists of a central site with the same hopping amplitude on either side. We study the impact of such a defect on the properties of the system; we find a complete set of solutions including near-zero-energy edge states as well as high-energy states localized at the soliton.

Nous proposons, par voie théorique, une sonde ayant la capacité de détecter et de caractériser les états de surface d'une chaîne Su-Schrieffer-Heeger (SSH). Cette sonde consiste d’un qubit interagissant avec un environnement, et exploite le phénomène de la décohérence afin de retirer de l’information sur l’environnement. Une approximation de faible couplage permet de démontrer analytiquement que le taux de décohérence du qubit est proportionnel à la densité d’états locale de l’environnement. Dans le cas d’un environnement possédant des états discrets, une mesure de la densité d’états locale peut être équivalente à une mesure de l’amplitude d’un état, permettant donc une caractérisation spatiale des états de l’environnement. Un système tripartite consistant d'un qubit couplé à une chaîne SSH discrète muni de canaux conducteurs aux extrémités est étudié afin de valider l’utilité de la sonde pour inférer et caractériser les états de surface. L’espace des paramètres de la sonde est discuté en détail. En étudiant l’impact du couplage des canaux conducteurs, nous notons l’émergence d’états de type-surface sur des sites interdits ainsi que dans des phases topologiques ne supportant pas d’états de surface dans le modèle SSH isolé. Ces excitations, que nous appelons états fantômes, apparaissent dû à un décalage des frontières de la chaîne SSH. / We propose a novel probe with the ability to detect topological edge states in lowdimensional materials. This probe, consisting of a qubit interacting with a system of interest, utilizes the dynamics of decoherence to study the qubit’s environment. We show analytically that, under a weak-coupling approximation, the decoherence rate of the qubit is proportional to the local density of states of the environment. In studying environments featuring finite subsystems with discrete states, the local density of states mapped by the qubit probe can extract state amplitude profiles, resulting in a full spatial characterization of states. We explicitly study a tripartite system consisting of a qubit coupled to a finite SSH chain with conducting leads attached to each end and demonstrate the probe’s ability to infer the presence of, and characterize, edge states. The parameter space of the probe is studied. Notably, we show the lead coupling strength effectively shifts the SSH chain boundaries resulting in emergent edge-type states, dubbed ghost states, with support on sites which are forbidden in an isolated SSH chain for a given topological phase.