Des chercheurs de l'Université de Bath au Royaume-Uni ont trouvé un moyen de fabriquer des dispositifs à «flocons de cristal unique» si fins et sans défauts, ils ont le potentiel de surpasser les composants utilisés aujourd'hui dans les circuits informatiques quantiques.

L'étude est publiée ce mois-ci dans la revue Nano lettres.

L'équipe du département de physique de l'université a fait sa découverte en explorant la jonction entre deux couches du diséléniure de niobium supraconducteur (NbSe 2 ) après séparation de ces couches, tordus d'environ 30 degrés l'un par rapport à l'autre, puis tamponnés ensemble. En clivage, torsion et recombinaison des deux couches, les chercheurs ont pu construire un dispositif interférométrique quantique supraconducteur (SQUID) – un capteur extrêmement sensible utilisé pour mesurer des champs magnétiques incroyablement minuscules.

Les SQUID ont un large éventail d'applications importantes dans des domaines qui incluent les soins de santé (comme on le voit en cardiologie et en magnétoencéphalographie, un test qui cartographie la fonction cérébrale) et l'exploration minérale.

Les SQUIDS sont également les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques commerciaux d'aujourd'hui, des machines qui effectuent certaines tâches de calcul beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques. L'informatique quantique en est encore à ses balbutiements, mais au cours de la prochaine décennie, il est susceptible de transformer la capacité de résolution de problèmes des entreprises et des organisations dans de nombreux secteurs, par exemple en accélérant la découverte de nouveaux médicaments et matériaux.

"En raison de leurs surfaces atomiquement parfaites, qui sont presque entièrement exempts de défauts, nous voyons le potentiel de nos flocons cristallins à jouer un rôle important dans la construction des ordinateurs quantiques du futur, " a déclaré le professeur Simon Bending, qui a mené la recherche avec son doctorat. étudiant Liam Farrar. "Aussi, Les SQUID sont idéaux pour les études en biologie, par exemple, ils sont maintenant utilisés pour tracer le chemin des médicaments marqués magnétiquement à travers l'intestin. Nous sommes donc très impatients de voir comment nos appareils pourraient également être développés dans ce domaine. »

Comme le professeur Bending s'empresse de le souligner, cependant, son travail sur les SQUID réalisés avec du NbSe 2 flocons est tout à fait au début de son voyage. "Il s'agit d'une approche complètement nouvelle et inexplorée pour fabriquer des SQUID et de nombreuses recherches devront encore être effectuées avant que ces applications ne deviennent une réalité, " il a dit.

Monocristaux extrêmement fins

Les paillettes à partir desquelles les supraconducteurs de Bath sont fabriqués sont des monocristaux extrêmement minces (10, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain) qui se plient facilement, ce qui les rend également aptes à être incorporés dans l'électronique flexible, tel qu'il est utilisé dans les claviers d'ordinateur, affichages optiques, cellules solaires et divers composants automobiles.

Parce que les liaisons entre les couches de NbSe 2 sont si faibles, flocons clivés - avec leur parfaitement plat, surfaces exemptes de défauts :créez des interfaces atomiquement nettes lorsqu'elles sont à nouveau rapprochées. Cela en fait d'excellents candidats pour les composants utilisés en informatique quantique.

Bien que ce ne soit pas la première fois que NbSe 2 les couches ont été estampées ensemble pour créer un lien supraconducteur faible, c'est la première démonstration d'interférence quantique entre deux de ces jonctions modelées dans une paire de flocons torsadés. Cette interférence quantique a permis aux chercheurs de moduler le supercourant maximal pouvant traverser leurs SQUID en appliquant un petit champ magnétique, créant un capteur de champ extrêmement sensible. Ils ont également pu montrer que les propriétés de leurs appareils pouvaient être systématiquement ajustées en faisant varier l'angle de torsion entre les deux flocons.