Des chercheurs de l'EPFL ont créé un microdispositif métallique dans lequel ils peuvent définir et régler des modèles de supraconductivité. Leur découverte, qui est très prometteuse pour les technologies quantiques du futur, vient de paraître dans Science .

Dans les supraconducteurs, les électrons voyagent sans résistance. Ce phénomène ne se produit actuellement qu'à très basse température. Il existe de nombreuses applications pratiques, comme l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Technologies futures, cependant, exploitera la synchronie totale du comportement électronique dans les supraconducteurs, une propriété appelée phase. Il y a actuellement une course pour construire le premier ordinateur quantique au monde, qui utilisera des phases pour effectuer des calculs. Les supraconducteurs conventionnels sont très robustes et difficiles à influencer, et le défi est de trouver de nouveaux matériaux dans lesquels l'état supraconducteur peut être facilement manipulé dans un appareil.

Laboratoire des matériaux quantiques de l'EPFL (QMAT), dirigé par Philip Moll, a travaillé sur un groupe spécifique de supraconducteurs non conventionnels appelés matériaux à fermions lourds. Les scientifiques QMAT, dans le cadre d'une large collaboration internationale entre l'EPFL, l'Institut Max Planck de Physique Chimique des Solides, le Laboratoire national de Los Alamos et l'Université Cornell, fait une découverte surprenante sur l'un de ces matériaux, CeIrIn 5 .

CeIrIn 5 est un métal supraconducteur à très basse température, seulement 0,4°C au-dessus du zéro absolu (environ -273°C). Les scientifiques QMAT, avec Katja C. Nowack de l'Université Cornell, ont maintenant montré que ce matériau pouvait être réalisé avec des régions supraconductrices coexistant avec des régions à l'état métallique normal. Mieux encore, ils ont produit un modèle qui permet aux chercheurs de concevoir des modèles conducteurs complexes et, en faisant varier la température, de les répartir dans le matériau de manière hautement contrôlée. Leurs recherches viennent d'être publiées dans Science .

Pour réussir cet exploit, les scientifiques ont tranché des couches très minces de CeIrIn 5 —seulement environ un millième de millimètre d'épaisseur—qu'elles ont joint à un substrat de saphir. Une fois refroidi, la matière se contracte fortement alors que le saphir se contracte très peu. L'interaction qui en résulte exerce une contrainte sur le matériau, comme s'il était tiré dans tous les sens, déformant ainsi légèrement les liaisons atomiques dans la tranche. Comme la supraconductivité dans CeIrIn 5 est exceptionnellement sensible à la configuration atomique exacte du matériau, l'ingénierie d'un motif de distorsion est tout ce qu'il faut pour obtenir un motif complexe de supraconductivité. Cette nouvelle approche permet aux chercheurs de "dessiner" des circuits supraconducteurs sur une barre monocristalline, une étape qui ouvre la voie à de nouvelles technologies quantiques.

Cette découverte représente une avancée majeure dans le contrôle de la supraconductivité dans les matériaux à fermions lourds. Mais ce n'est pas la fin de l'histoire. Suite à ce projet, un chercheur post-doctoral vient de commencer à explorer les applications technologiques possibles.

"Nous pourrions, par exemple, changer les régions de supraconductivité en modifiant la déformation du matériau à l'aide d'un microactionneur, " dit Moll. " La capacité d'isoler et de connecter des régions supraconductrices sur une puce pourrait également créer une sorte de commutateur pour les futures technologies quantiques, un peu comme les transistors utilisés dans l'informatique d'aujourd'hui."