Olga Skriabina, chercheur au Laboratoire des phénomènes quantiques topologiques dans les systèmes supraconducteurs, MIPT, surveille la microsoudure contact-puce. Crédit :Evgeniy Pelevin, Bureau de presse du MIPT
Des chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Moscou, Université d'État Lomonossov de Moscou, et l'Institut de physique du solide de l'Académie des sciences de Russie ont démontré la possibilité de détecter des tourbillons d'Abrikosov pénétrant à travers une interface supraconducteur-ferromagnétique. Le dispositif considéré dans leur étude, Publié dans Rapports scientifiques , est un nanofil ferromagnétique auquel sont connectées des électrodes supraconductrices.
Les supraconducteurs sont des matériaux qui ont la propriété de perdre de la résistance électrique en dessous d'une certaine température critique Tc. Une autre propriété étonnante des supraconducteurs est l'expulsion du champ magnétique (lévitation). Cet effet résulte d'un courant circulant sur la surface du supraconducteur, blindage du champ magnétique. Il existe également des supraconducteurs de type II, qui sont pénétrables pour le flux magnétique sous forme de tourbillons quantifiés à une température inférieure à la critique. Ce phénomène a été nommé d'après Alexey Abrikosov, qui l'avait initialement prédit. Un vortex d'Abrikosov est un vortex de courant supraconducteur avec un noyau non supraconducteur qui transporte un quantum de flux magnétique.
Olga Skriabina, le premier auteur de l'article et chercheur au laboratoire MIPT, dit :"L'objectif de la recherche était d'étudier la coexistence de phénomènes antagonistes dans les systèmes supraconducteurs-ferromagnétiques 1-D. De tels systèmes ont récemment suscité un grand intérêt en raison de leur forte anisotropie magnétique avec divers effets dimensionnels et de spin. Ces phénomènes font de tels systèmes un choix prometteur pour les nano-dispositifs hybrides fonctionnels, par exemple., convertisseurs de courant supraconducteurs, vannes de rotation, RAM magnétorésistive. Nous avons connecté un nanofil ferromagnétique de nickel à des électrodes supraconductrices en niobium."
La microphotographie de la structure. Gris au centre :électrodes supraconductrices en niobium; bleu :un nanofil ferromagnétique de nickel. Graduation :1 µm. A et V (ampèremètre et voltmètre) indiquent le type de courant traversant l'échantillon. Crédit : O. V. Skryabina et al., Rapports scientifiques
Les chercheurs ont étudié un système de deux électrodes supraconductrices en niobium reliées par un nanofil de nickel (figure 1). Il a été constaté que lorsque le champ magnétique varie, la résistance des nanofils dépend fortement des effets se produisant à la limite supraconducteur-ferromagnétique.
Les processus se produisant dans le système niobium (bloc gris) / nanofil de nickel (cylindre bleu) dans diverses conditions ambiantes. (a) La température est au-dessus de la valeur critique. Le système est dans son état normal, le champ magnétique (flèche noire) traverse tout l'échantillon. (b) La température est inférieure à la valeur critique. Quand Hc
D'abord, les physiciens considéraient le système dans son état normal, lorsque la température est supérieure à la température critique, et le champ magnétique pénètre également toutes les parties de la structure (Figure 2a.) La résistance de l'échantillon n'a pas changé de manière significative avec l'augmentation de la force du champ magnétique. Ensuite, les chercheurs ont abaissé la température en dessous de la valeur critique. Les électrodes de niobium sont passées à un état supraconducteur, et leur résistance est tombée à zéro. À la fois, les expérimentateurs ont observé une augmentation drastique de la résistance du système. La seule explication à cela était la contribution des limites supraconducteur-ferromagnétique à la résistance. Parallèlement, le niobium a commencé à conduire des courants de blindage, et le supraconducteur a commencé à expulser le champ magnétique (figure 2b). Ces phénomènes se traduisent par des courbes de résistance magnétique en dents de scie inhabituelles, et un décalage par rapport à divers balayages (Figure 3.)
Résistance de l'échantillon par rapport à l'intensité du champ magnétique externe. Les couleurs bleu et rouge indiquent la direction de balayage du champ magnétique. (a) La température est au-dessus de la valeur critique. Le système est dans son état normal, la variation de résistance du système est faible (principalement en raison de l'aimantation inversée des nanofils de nickel.) (b) La température est inférieure à la température critique de transition supraconductrice. La variation de la résistance du système est supérieure d'un ordre de grandeur. La courbe est en dents de scie avec des surtensions de résistance correspondant à la pénétration/sortie du vortex d'Abrikosov. Les cases sur les deux diagrammes sont des vues détaillées agrandies dans la plage de magnétisation inversée des nanofils. Crédit : O. V. Skryabina et al., Rapports scientifiques
Olga Skryabina poursuit :« Nous avons placé l'échantillon dans un champ magnétique parallèle à l'axe du nanofil. Il a été constaté qu'en mesurant la résistance de l'échantillon dans de telles conditions, nous pouvons détecter le moment où un quantum de flux magnétique entre ou existe dans un supraconducteur."
Une pénétration et une sortie de vortex dans/du niobium (Figure 2c) provoquent la résistance électrique en dents de scie. Le nanofil de nickel dans le système agit comme un paratonnerre qui "attire" le champ magnétique. Un contact avec elle affaiblit la supraconductivité de l'électrode en niobium, et, Donc, localise le point de pénétration des tourbillons d'Abrikosov. La recherche démontre une immense différence entre ces chaînes supraconductrices et les circuits électriques conventionnels. Il est nécessaire de poursuivre les recherches sur les dispositifs supraconducteurs hybrides pour développer des ordinateurs numériques et quantiques supraconducteurs plus avancés, et des capteurs supersensibles.
