Un groupe de nanophotonique dirigé par le Pr Brahim Lounis de l'Université de Bordeaux, dont des scientifiques du MIPT, a réalisé une expérience unique impliquant la manipulation optique de vortex d'Abrikosov individuels dans un supraconducteur. Dans leur article publié dans Communication Nature , les scientifiques mentionnent la possibilité de concevoir de nouvelles unités logiques basées sur des principes quantiques pour une utilisation dans des supercalculateurs.

Le phénomène de la supraconductivité, ou résistance électrique nulle, se produit dans certains matériaux dans la plage de température de -273 à -70 degrés Celsius. Lorsqu'un matériau passe à l'état supraconducteur, les champs de flux magnétique sont expulsés de son volume. Un supraconducteur a soit toutes les lignes de champ magnétique éjectées de son intérieur, soit permet une pénétration partielle du champ magnétique.

Le phénomène de pénétration partielle a été expliqué en 1957 par Alexei Abrikosov, pour lequel il a reçu le prix Nobel de physique en 2003. Un matériau qui ne présente pas une expulsion complète du champ magnétique est appelé supraconducteur de type II. Abrikosov a également démontré que ces supraconducteurs ne peuvent être pénétrés que par des unités de flux magnétique discrètes, un quantum de flux magnétique à la fois. Au fur et à mesure que le champ à l'intérieur d'un supraconducteur se renforce, il donne naissance aux boucles de courant cylindriques appelées vortex d'Abrikosov.

"Les supraconducteurs de type II sont utilisés partout, de la médecine à l'énergétique et à d'autres industries. Leurs propriétés sont déterminées par la « matière tourbillonnaire, ' qui rend la recherche sur les tourbillons et les moyens de les manipuler très importants pour la physique moderne, " dit Ivan Veshchunov, l'un des auteurs de l'étude et chercheur au Laboratoire des phénomènes quantiques topologiques dans les systèmes supraconducteurs du MIPT.

Pour manipuler les tourbillons d'Abrikosov, les scientifiques ont utilisé un faisceau laser focalisé. Ce type de contrôle optique des vortex est rendu possible par la tendance des vortex à être attirés vers les régions à plus haute température dans un supraconducteur (dans ce cas, un film de niobium refroidi à -268 degrés Celsius). Les points chauds nécessaires peuvent être créés en chauffant le matériau avec un laser. Cependant, il est crucial de régler la bonne puissance laser, car la surchauffe du matériau détruit ses propriétés supraconductrices.

Parce que les tourbillons agissent comme des quanta de flux magnétique, ils peuvent être utilisés pour façonner le profil global du flux magnétique, permettant aux physiciens de réaliser diverses expériences avec des supraconducteurs. Alors qu'un réseau de vortex triangulaire se produit naturellement dans certains champs magnétiques, d'autres types de réseaux (et des dispositifs comme les lentilles vortex) peuvent être créés en déplaçant les vortex.

La méthode de manipulation de vortex dans l'étude pourrait être utilisée dans le calcul quantique pour le développement de systèmes optiquement contrôlés, éléments logiques quantiques à flux unique rapide (RSFQ). Cette technologie est considérée comme prometteuse pour la conception de mémoires ultra-rapides pour les ordinateurs quantiques. Les éléments logiques basés sur RSFQ sont déjà utilisés dans les convertisseurs numérique-analogique et analogique-numérique, magnétomètres de haute précision, et les cellules mémoire. Un certain nombre de prototypes d'ordinateurs basés sur cette technologie ont été développés, dont le FLUX-1 conçu par une équipe d'ingénieurs américains. Cependant, les éléments logiques RSFQ dans ces ordinateurs sont principalement contrôlés par des impulsions électriques. La logique à commande optique est une tendance émergente dans les systèmes supraconducteurs.

Les expériences réalisées par les scientifiques pourraient être appliquées dans de futures recherches sur les vortex d'Abrikosov. Les physiciens doivent encore étudier les détails de la façon dont l'augmentation de la température agit pour "détacher" les tourbillons de leurs sites et les mettre en mouvement. D'autres recherches sur la dynamique des vortex dans les réseaux d'Abrikosov devraient suivre. Cet axe de recherche est essentiel pour comprendre la physique des supraconducteurs, ainsi que d'évaluer les perspectives de types fondamentalement nouveaux de composants microélectroniques.