Une équipe internationale de physiciens dirigée par l'Université du Minnesota a découvert qu'un métal supraconducteur unique est plus résistant lorsqu'il est utilisé comme une couche très mince. La recherche est la première étape vers un objectif plus large de compréhension des états supraconducteurs non conventionnels dans les matériaux, qui pourrait éventuellement être utilisé dans l'informatique quantique à l'avenir.

La collaboration comprend quatre membres du corps professoral de l'École de physique et d'astronomie de l'Université du Minnesota – le professeur associé Vlad Pribiag, Professeur Rafael Fernandes, et les professeurs adjoints Fiona Burnell et Ke Wang, ainsi que des physiciens de l'Université Cornell et de plusieurs autres institutions. L'étude est publiée dans Physique de la nature .

Diséléniure de niobium (NbSe 2 ) est un métal supraconducteur, ce qui signifie qu'il peut conduire l'électricité, ou transporter des électrons d'un atome à un autre, sans aucune résistance. Il n'est pas rare que les matériaux se comportent différemment lorsqu'ils sont de très petite taille, mais NbSe 2 a des propriétés potentiellement bénéfiques. Les chercheurs ont découvert que le matériau sous forme 2D (un substrat très mince de seulement quelques couches atomiques d'épaisseur) est un supraconducteur plus résistant car il présente une double symétrie, ce qui est très différent des échantillons plus épais du même matériau.

Motivé par la prédiction théorique de Fernandes et Burnell sur la supraconductivité exotique dans ce matériau 2D, Pribiag et Wang ont commencé à étudier des dispositifs supraconducteurs 2D atomiquement minces.

"Nous nous attendions à ce qu'il ait un modèle de rotation six fois, comme un flocon de neige." Wang a dit. "Malgré la structure à six volets, il n'a montré qu'un comportement double dans l'expérience."

"C'était l'une des premières fois que [ce phénomène] était observé dans un matériau réel, " a déclaré Pribiag.

Les chercheurs ont attribué la symétrie de rotation double nouvellement découverte de l'état supraconducteur dans le NbSe 2 au mélange entre deux types de supraconductivité étroitement concurrents, à savoir le type d'onde s conventionnel - typique du NbSe en vrac 2 — et un mécanisme non conventionnel de type d ou p qui émerge dans le NbSe à quelques couches 2 . Les deux types de supraconductivité ont des énergies très similaires dans ce système. À cause de ce, ils interagissent et se font concurrence.

Pribiag et Wang ont déclaré qu'ils se sont rendu compte plus tard que les physiciens de l'Université Cornell examinaient la même physique en utilisant une technique expérimentale différente, à savoir les mesures d'effet tunnel quantique. Ils ont décidé de combiner leurs résultats avec la recherche Cornell et de publier une étude complète.

Burnell, Pribiag, et Wang prévoient de s'appuyer sur ces premiers résultats pour étudier plus avant les propriétés du NbSe atomiquement mince 2 en combinaison avec d'autres matériaux 2D exotiques, ce qui pourrait conduire à terme à l'utilisation d'états supraconducteurs non conventionnels, comme la supraconductivité topologique, pour construire des ordinateurs quantiques.

"Ce que nous voulons, c'est une interface complètement plate à l'échelle atomique, " Pribiag a déclaré. "Nous pensons que ce système sera en mesure de nous donner une meilleure plate-forme pour étudier les matériaux afin de les utiliser pour des applications d'informatique quantique."

En plus de Pribiag, Fernandes, Burnell, Wang, la collaboration comprenait Alex Hamill, étudiants diplômés en physique de l'Université du Minnesota, Brett Heischmidt, Daniel Shaffer, Kan-Ting Tsai, et Xi Zhang; Les membres du corps professoral de l'Université Cornell Jie Shan et Kin Fai Mak et l'étudiant diplômé Egon Sohn; Helmuth Berger et László Forró, des chercheurs de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse; Alexeï Souslov, chercheur au National High Magnetic Field Laboratory à Tallahassee, Floride.; et Xiaoxiang Xi, professeur à l'Université de Nanjing en Chine.