Les scientifiques de la TU Delft, avec des collègues de l'Université de Tübingen, ont réussi à créer des circuits nanoélectroniques à l'aide d'un supraconducteur bidimensionnel récemment découvert.

Ce qui rend ce matériau unique, c'est que sa supraconductivité peut être activée et désactivée à distance, très semblable à la commutation du courant électrique dans un transistor sur une puce électronique. En utilisant cet effet à l'échelle nanométrique, les chercheurs ont créé des circuits supraconducteurs d'une manière complètement nouvelle, ce qui est impossible à réaliser dans d'autres supraconducteurs communément connus. Leurs travaux ont été publiés dans Nature Nanotechnologie .

Créer un supraconducteur à partir d'isolants

Pour fabriquer les appareils, les chercheurs créent d'abord un anneau composé de deux isolants, l'aluminate de lanthane (LAO) et le titanate de strontium (STO). Cela se fait grâce à une combinaison de nanofabrication et de dépôt précis atome par atome de couches de LAO sur STO. Finalement, des grilles métalliques sont posées sur deux petites sections de cet anneau. Lorsque ces structures sont refroidies à basse température, une feuille de supraconducteur en forme d'anneau apparaît à la frontière entre les isolants. La raison de cette émergence inattendue de la supraconductivité est encore un mystère. Depuis sa découverte en 2007, des groupes du monde entier ont développé des techniques pour mieux comprendre pourquoi ce supraconducteur apparaît et quelles sont ses propriétés. Les appareils créés à la TU Delft offrent une nouvelle voie pour accéder à des informations microscopiques cruciales sur ce supraconducteur, qui était jusqu'ici hors de portée.

Portes pour la supraconductivité

Les portes métalliques, comme le nom le suggère, sont comme des portes à l'échelle nanométrique pour la supraconductivité. Lorsqu'aucune tension n'est appliquée aux grilles, cette porte est ouverte et l'anneau supraconducteur n'est pas perturbé. D'autre part, lorsque de grandes tensions sont appliquées, la supraconductivité juste en dessous des grilles est désactivée (la porte se ferme complètement) et deux moitiés de l'anneau se déconnectent l'une de l'autre. "Mais quelque chose de très spécial se produit lorsque ces portes ne sont que partiellement fermées", dit Srijit Goswami du Kavli Institute of Nanoscience, Delft. « Dans cette configuration, la résistance de l'appareil commence à osciller entre zéro et une valeur élevée, lorsque de petits champs magnétiques sont appliqués. Donc, il semble que toute la structure va et vient entre un état supraconducteur (résistance zéro) et un métal normal (résistance élevée)." Cet effet est dû aux effets quantiques dans le supraconducteur, qui sont en principe très similaires à ce qui se passe lorsque deux ondes se superposent pour produire une figure d'interférence. Par conséquent, de tels dispositifs sont appelés dispositifs d'interférence quantique supraconducteur (SQUID).

Les SQUID sont couramment utilisés dans de nombreuses applications, tels que les appareils d'IRM médicaux, qui nécessitent la détection de minuscules signaux magnétiques. Des efforts sont également déployés pour les utiliser dans les futurs circuits de traitement de l'information quantique. Même les technologies les plus avancées pour créer des SQUID aujourd'hui ne permettent pas d'ajuster les propriétés supraconductrices via des portes électriques. Le chef de groupe Andrea Caviglia commente cette nouvelle découverte :« En utilisant la stratégie développée à la TU Delft, il peut devenir possible de créer des circuits supraconducteurs plus complexes, où la fonctionnalité de l'appareil est entièrement contrôlée via des tensions de grille". La question de savoir si de tels appareils finiront par devenir technologiquement pertinents reste une question ouverte. Cependant, ils joueront certainement un rôle important pour répondre aux questions fondamentales sur la supraconductivité à l'échelle nanométrique.