La supraconductivité est connue pour être facilement détruite par de forts champs magnétiques. NIMS, L'Université d'Osaka et l'Université d'Hokkaido ont découvert conjointement qu'un supraconducteur d'une épaisseur à l'échelle atomique peut conserver sa supraconductivité même lorsqu'un fort champ magnétique lui est appliqué. L'équipe a également identifié un nouveau mécanisme derrière ce phénomène. Ces résultats peuvent faciliter le développement de matériaux supraconducteurs résistants aux champs magnétiques et de supraconducteurs topologiques composés de matériaux supraconducteurs et magnétiques.

La supraconductivité a été utilisée dans diverses technologies, tels que l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et les capteurs magnétiques très sensibles. supraconducteurs topologiques, un type spécial de supraconducteur, ont attiré beaucoup d'attention ces dernières années. Ils sont capables de conserver des informations quantiques pendant une longue période et peuvent être utilisés en combinaison avec des matériaux magnétiques pour former des qubits qui peuvent permettre aux ordinateurs quantiques d'effectuer des calculs très complexes. Cependant, la supraconductivité est facilement détruite par des champs magnétiques puissants ou des matériaux magnétiques à proximité. Il est donc souhaitable de développer un matériau supraconducteur topologique résistant aux champs magnétiques.

L'équipe de recherche a récemment fabriqué des films cristallins d'indium, un matériau supraconducteur commun, avec une épaisseur à l'échelle atomique. L'équipe a alors découvert un nouveau mécanisme qui empêche la supraconductivité de ces films d'être détruite par un fort champ magnétique. Lorsqu'un champ magnétique est appliqué à un matériau supraconducteur, le champ magnétique interagit avec les spins des électrons. Il modifie l'énergie électronique du matériau et détruit sa supraconductivité. Cependant, lorsqu'un matériau supraconducteur est aminci en une couche atomique bidimensionnelle, le spin et la quantité de mouvement des électrons dans la couche sont couplés, provoquant une rotation fréquente des spins des électrons. Cela compense l'effet des changements d'énergie électronique induits par le champ magnétique et préserve ainsi la supraconductivité. Ce mécanisme peut améliorer le champ magnétique critique - la force de champ magnétique maximale au-dessus de laquelle la supraconductivité disparaît - jusqu'à 16-20 Tesla, ce qui est environ le triple de la valeur théorique généralement acceptée. On s'attend à ce qu'il ait un large éventail d'applications comme cela a été observé pour un matériau supraconducteur ordinaire et ne nécessite ni structures cristallines spéciales ni fortes corrélations électroniques.

Sur la base de ces résultats, nous prévoyons de développer des films minces supraconducteurs capables de résister à des champs magnétiques encore plus forts. Nous avons également l'intention de créer un dispositif hybride composé de matériaux supraconducteurs et magnétiques qui est nécessaire pour le développement de supraconducteurs topologiques :un composant essentiel des ordinateurs quantiques de prochaine génération.