Les isolants topologiques (TI) sont caractérisés par la présence d’états conducteurs topologiquement protégés sur leurs bords bien que leur cœur soit isolant. Le caractère topologique offre une robustesse unique, avec une conduction balistique qui n’est pas affectée par un faible désordre non-magnétique, dans la limite d’électrons n’interagissant pas entre eux. Combiné à de la supraconductivité, un TI peut héberger des quasi-particules exotiques appelées états liés de Majorana, qui présentent un comportement anyonique et constituent la base des architectures de calcul quantique topologique. En 2017, des travaux théoriques ont conduit à la découverte d’une nouvelle classe de TI : les isolants topologiques d’ordre supérieur (HOTI). Les isolants topologiques du second ordre (SOTI) sont des HOTI qui ont des états de bord protégés une dimension inférieure à leurs homologues standard du premier ordre, c’est-à-dire des états de charnière unidimensionnels (1d) pour un SOTI tridimensionnel (3d). En 2018, le bismuth monocristallin 3d pure fut le premier matériau SOTI (et HOTI) découvert. Il a été démontré théoriquement et expérimentalement qu’il possède des états balistiques 1d sur certaines de ses charnières. La théorie prédit également que ces états devraient être hélicoïdaux, avec des électrons de spin opposé se propageant dans des directions opposées. Cependant, la physique des états électroniques du bismuth est complexe et produit de nombreux effets qui dépendent de la géométrie du système, le principal problème étant que le cœur et les surfaces du bismuth ne sont pas isolantes, ce qui tend à masquer les effets dus au petit nombre des états charnières. Ma thèse de doctorat vise à explorer davantage la nature topologique des monocristaux de bismuth avec des expériences de transport dans des nanostructures de bismuth à basse température, détectant les états charnières hélicoïdaux topologiquement protégés prédis pour les SOTIs. Dans une première série d’expériences, nous avons mesuré le supercourant maximal que des segments de nanofils de bismuth à contacts supraconducteurs, formant des jonctions Josephson, peuvent supporter avant de devenir résistifs. Ce courant critique est affecté par des interférences à l’intérieur du nanofil : une phase quantique est associée à chaque état porteur de supercourant, qui change dans un champ magnétique via les effets orbitaux et Zeeman. Ce changement de phase génère des figures d’interférence du courant critique en fonction du champ magnétique, qui peuvent être utilisées pour déduire ce qu’il se passe dans le nanofil. Dans une deuxième série d’expériences, nous avons mesuré la statistique du courant critique d’un nano-anneau de bismuth avec des contacts supraconducteurs. Nous avons constaté qu’une telle jonction forme un dispositif d’interférence quantique supraconducteur (SQUID) intrinsèque, montrant un courant critique moyen périodique en champ magnétique avec une forme en dents de scie, persistant jusqu’à des valeurs de champ élevées. Ce comportement a confirmé la présence d’états charnières balistiques 1d. De plus, la mesure de la distribution complète du courant critique a révélé l’existence de régions de champ avec deux ou même trois valeurs de courant critique différentes. Nous associons ces supercourants à trois états/configurations supraconducteurs différents, correspondant à deux états charnières hélicoïdaux soit dans leur premier état excité, soit dans leur état fondamental, soit l’un dans son état excité et l’autre dans son état fondamental. Grâce à ces deux séries d’expériences, nous rapportons des signatures que le bismuth monocristallin 3d héberge des états hélicoïdaux 1d, comme prédit pour les SOTIs. Mon travail de thèse a aussi produit des résultats préliminaires sur un sujet émergent, l’anisotropie magnéto-chirale (MCA), qui est une autre manifestation du couplage entre le spin et l’impulsion des états électroniques.