Des états électroniques qui ressemblent à des molécules et qui sont prometteurs pour une utilisation dans les futurs ordinateurs quantiques ont été créés dans des circuits supraconducteurs par des physiciens du RIKEN.

L'avantage le plus évident des supraconducteurs (des matériaux qui n'offrent aucune résistance électrique au flux d'électrons) dans les circuits électroniques est qu'ils ne produisent aucun chauffage inutile, ce qui limite l'efficacité énergétique des circuits conventionnels.

Mais ils ont aussi un autre gros avantage. La supraconductivité est due aux interactions de mécanique quantique entre les électrons. Ces effets exotiques pourraient être exploités dans des appareils, leur fournissant un large éventail de fonctionnalités non disponibles dans les appareils conventionnels.

Aujourd'hui, Sadashige Matsuo du Centre RIKEN pour la science des matières émergentes et ses collègues ont étudié un tel effet. Connue sous le nom de molécule d’Andreev, elle pourrait être utilisée pour les technologies de l’information quantique dans les futurs ordinateurs quantiques. L'article est publié dans la revue Nature Communications .

L'élément de base des circuits supraconducteurs est la jonction Josephson :un dispositif fabriqué en prenant en sandwich un matériau normal entre deux supraconducteurs, qui peut contrôler le flux du supercourant.

Là où le matériau normal s'interface avec les supraconducteurs, un électron dans le matériau normal est réfléchi sous forme de trou et une paire d'électrons est générée dans le supraconducteur. Cette réflexion forme des états liés dans le matériau normal de la jonction Josephson, appelés états liés d'Andreev.

Si deux jonctions Josephson sont suffisamment proches, elles peuvent former une molécule d'Andreev en se liant l'une à l'autre. Matsuo et ses collègues se sont concentrés sur les deux jonctions Josephson partageant une courte électrode supraconductrice. Dans la structure, les états liés d'Andreev dans les différentes jonctions devraient être liés les uns aux autres via l'électrode partagée.

"Lorsque ces molécules Andreev existent, une jonction Josephson peut contrôler une autre jonction Josephson", explique Matsuo. "Et puis des phénomènes de transport supraconducteurs exotiques et utiles émergent, tels que l'effet diode Josephson, un effet qui pourrait conduire à des redresseurs moins dissipatifs dans les circuits supraconducteurs."

Matsuo et ses collègues ont réalisé deux jonctions Josephson avec une fine couche d'arséniure d'indium. Ils les ont ensuite couplés via une électrode supraconductrice commune en aluminium, supraconductrice à très basse température.

L’équipe a étudié les propriétés électroniques de cette structure en mesurant le courant tunnel aux jonctions à diverses tensions appliquées et intensités de champ magnétique, une technique appelée spectroscopie tunnel. Cela leur a permis d'observer les niveaux d'énergie dans les jonctions Josephson correspondant aux molécules d'Andreev.

"Les chercheurs avaient déjà signalé la caractérisation spectroscopique des molécules d'Andreev dans les différentes structures du dispositif", explique Matsuo. "Mais nous avons maintenant réussi à les observer dans des jonctions Josephson couplées et à démontrer pour la première fois leur contrôlabilité.

"Nos travaux fournissent des informations fondamentales sur la molécule Andreev. Et ils ouvriront la voie à l'ingénierie de phénomènes de transport supraconducteurs exotiques dans les jonctions Josephson couplées à l'avenir."