Annica Black-Schaffer veut comprendre les supraconducteurs non conventionnels. Le fait qu'elle ait récemment reçu la prestigieuse bourse ERC Starting Grant et qu'elle soit une ancienne récipiendaire de bourses de la Fondation Knut et Alice Wallenberg témoigne de l'intérêt porté à ses recherches. Les superordinateurs de demain sont une application intéressante.

Les supraconducteurs sont des matériaux qui, à basse température, conduire des courants sans résistance et sans dégagement de chaleur. Le phénomène a été découvert en 1911 et a maintenant des applications telles que les IRM, où le refroidissement nécessaire se fait à l'hélium.

"Ce que je veux, c'est comprendre le non conventionnel, supraconducteurs plutôt inhabituels et leurs propriétés et conséquences, " dit Annica Black-Schaffer, maître de conférences et professeur agrégé en théorie des matériaux au Département de physique et d'astronomie.

Les supraconducteurs topologiques en sont un exemple. La topologie en physique est utilisée pour décrire comment les propriétés d'un matériau changent et entrent dans différents états sous différentes conditions et températures, découvertes qui ont donné à David Thouless, Duncan Haldane et Michael Kosterlitz, prix Nobel de physique 2016.

Fonction d'onde mécanique quantique différente

Annica Black-Schaffer explique que dans les supraconducteurs topologiques, la fonction d'onde de la mécanique quantique des électrons est différente.

"Ce sont des supraconducteurs, mais ils ont un état métallique au bord ou à la surface. Ce phénomène donne naissance à des fermions de majorana qui, mettre tout simplement, sont des demi-électrons. Un électron est vraiment une particule fondamentale qui ne peut pas être divisée. Mais dans ces matériaux, les électrons ont deux parties complètement séparées. C'est exactement comme si l'électron était à deux endroits différents en même temps !"

Si les fermions de majorana peuvent également être tordus et amenés à changer de place, alors Annica Black-Schaffer et ses collègues peuvent théoriquement être sur la solution pour un ordinateur quantique durable. Dans un ordinateur quantique, les informations sont traitées en qubits, ou bits quantiques. Un qubit peut être à la fois un et zéro, qui rend les calculs beaucoup plus rapides que les ordinateurs d'aujourd'hui, mais ils sont simultanément beaucoup plus sensibles aux perturbations telles que les vibrations ou les changements de température. Les propriétés des fermions de majorana permettent à un ordinateur quantique d'échapper à cette sensibilité.

Cartographie des propriétés des matériaux

Elle souligne que sa recherche est une recherche fondamentale purement théorique. Cependant, des expériences sont déjà en cours dans plusieurs parties du monde, dont certains sont sponsorisés par une grande entreprise de logiciels.

"Ce que nous faisons, c'est cartographier les propriétés des matériaux et calculer quand les fermions de majorana apparaissent et dans quelles circonstances."

Avec un financement initial d'ERC de 15 millions de SEK derrière elle, Annica Black-Schaffer peut maintenant continuer et également étudier encore plus de supraconducteurs non conventionnels avec des dépendances de fréquence étranges. électrons, qui sinon s'évitent en raison d'une charge négative, former des paires sous supraconductivité.

"Mais certains matériaux ont une dépendance temporelle entre les deux électrons, et alors la supraconductivité de fréquence impaire peut survenir, " explique Annica Black-Schaffer.

Théoriciens et expérimentateurs

Il existe de nombreux autres matériaux de ce type qu'elle et son groupe de recherche souhaitent maintenant découvrir et étudier. Un nouveau matériau qu'ils ont déjà trouvé est le ruthénate de strontium, qui est un supraconducteur bien connu avec des propriétés très spéciales. Un autre objectif intermédiaire est de comprendre plus en profondeur ce que sont les supraconducteurs à fréquence impaire, et leurs conséquences expérimentales.

« En tant que théoriciens, il est passionnant de voir ce que les expérimentateurs font de nos modèles dans la pratique. Ou l'inverse - ils peuvent découvrir un phénomène dans lequel nous nous morfondons, dans un effort pour l'expliquer!"