Dans une étude publiée dans Nano Letters , les chercheurs ont démontré une nouvelle technique pour mesurer les excitations quantiques dans les matériaux supraconducteurs avec une précision atomique pour la première fois. La détection de ces excitations est une étape importante pour comprendre les supraconducteurs exotiques, ce qui pourrait nous aider à améliorer les ordinateurs quantiques et peut-être même ouvrir la voie aux supraconducteurs à température ambiante.

Les supraconducteurs sont des matériaux sans aucune résistance électrique, nécessitant généralement des températures extrêmement basses. Ils sont utilisés dans un large éventail de domaines, des applications médicales au rôle central des ordinateurs quantiques. La supraconductivité est causée par des paires d'électrons spécialement liées, appelées paires de Cooper. Jusqu'à présent, la présence de paires de Cooper a été mesurée indirectement macroscopiquement en vrac, mais une nouvelle technique développée par des chercheurs de l'Université Aalto et des laboratoires nationaux d'Oak Ridge aux États-Unis peut détecter leur présence avec une précision atomique.

Les expériences ont été menées par Wonhee Ko et Petro Maksymovych au Laboratoire national d'Oak Ridge, avec le soutien théorique du professeur Jose Lado de l'Université Aalto. Les électrons peuvent "tunnel quantique" à travers les barrières d'énergie, sautant d'un système à l'autre à travers l'espace d'une manière qui ne peut être expliquée avec la physique classique. Par exemple, si un électron s'apparie avec un autre électron juste au point où un métal et un supraconducteur se rencontrent, il pourrait former une paire de Cooper qui pénètre dans le supraconducteur tout en "repoussant" un autre type de particule dans le métal dans un processus connu sous le nom d'Andreev. réflexion. Les chercheurs ont recherché ces réflexions d'Andreev pour détecter les paires de Cooper.

Pour ce faire, ils ont mesuré le courant électrique entre une pointe métallique atomiquement pointue et un supraconducteur, ainsi que la façon dont le courant dépendait de la séparation entre la pointe et le supraconducteur. Cela leur a permis de détecter la quantité de réflexion d'Andreev revenant au supraconducteur, tout en maintenant une résolution d'imagerie comparable à celle des atomes individuels. Les résultats de l'expérience correspondaient exactement au modèle théorique de Lado.

Cette détection expérimentale de paires de Cooper à l'échelle atomique fournit une méthode entièrement nouvelle pour comprendre les matériaux quantiques. Pour la première fois, les chercheurs peuvent déterminer de manière unique comment les fonctions d'onde des paires de Cooper sont reconstruites à l'échelle atomique et comment elles interagissent avec les impuretés à l'échelle atomique et d'autres obstacles.

"Cette technique établit une nouvelle méthodologie critique pour comprendre la structure quantique interne de types exotiques de supraconducteurs connus sous le nom de supraconducteurs non conventionnels, nous permettant potentiellement de résoudre une variété de problèmes ouverts dans les matériaux quantiques", a déclaré Lado. Les supraconducteurs non conventionnels sont un élément fondamental potentiel pour les ordinateurs quantiques et pourraient fournir une plate-forme pour réaliser la supraconductivité à température ambiante. Les paires de Cooper ont des structures internes uniques dans les supraconducteurs non conventionnels qui jusqu'à présent ont été difficiles à comprendre.

Cette découverte permet de sonder directement l'état des paires de Cooper dans les supraconducteurs non conventionnels, établissant une nouvelle technique critique pour toute une famille de matériaux quantiques. Il représente une avancée majeure dans notre compréhension des matériaux quantiques et contribue à faire avancer les travaux de développement des technologies quantiques. + Explorer plus loin

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