Les propriétés des supraconducteurs à haute température peuvent être adaptées par l'introduction de défauts artificiels. Une équipe de recherche internationale autour du physicien Wolfgang Lang de l'Université de Vienne a réussi à produire les nano-réseaux complexes les plus denses au monde pour ancrer les quanta de flux, les fluxons. Ceci a été réalisé en irradiant le supraconducteur avec un microscope à hélium-ion à l'Université de Tübingen, une technologie qui n'est disponible que récemment. Les chercheurs se sont inspirés d'un art traditionnel japonais de la vannerie. Les résultats ont été publiés récemment dans ACS nanomatériaux appliqués , un journal de la célèbre American Chemical Society.

Les supraconducteurs peuvent transporter de l'électricité sans perte s'ils sont refroidis en dessous d'une certaine température critique. Cependant, les supraconducteurs purs ne conviennent pas à la plupart des applications techniques, mais seulement après introduction contrôlée de défauts. Principalement, ceux-ci sont distribués aléatoirement, mais de nos jours, l'arrangement périodique adapté de tels défauts devient de plus en plus important.

Pièges et cages pour objets quantiques magnétiques dans les supraconducteurs

Un champ magnétique ne peut pénétrer que par portions quantifiées dans un supraconducteur, les fluxons. Si la supraconductivité est détruite dans de très petites régions, les fluxons sont ancrés exactement à ces endroits. Avec des tableaux périodiques de tels défauts, des "cristaux de fluxon" bidimensionnels peuvent être générés, qui sont un système modèle pour de nombreuses enquêtes intéressantes. Les défauts servent de pièges aux fluxons et en faisant varier des paramètres facilement accessibles, de nombreux effets peuvent être étudiés. "Toutefois, il est nécessaire de réaliser des agencements de défauts très denses pour que les fluxons puissent interagir entre eux, idéalement à des distances inférieures à 100 nanomètres, qui est mille fois plus petit que le diamètre d'un cheveu, " explique Bernd Aichner de l'Université de Vienne.

Les arrangements périodiques complexes sont particulièrement intéressants pour les chercheurs, tels que le modèle de défaut quasi-kagomé étudié dans la présente étude, qui a été inspiré par un art traditionnel japonais de tressage de paniers. Les rayures en bambou du motif kagomé sont remplacées par une chaîne de défauts espacés de 70 nanomètres. La particularité de cette nanostructure artificielle est que non seulement un fluxon par défaut peut être ancré, mais des chaînes de fluxon approximativement circulaires se forment, qui à leur tour retiennent un fluxon encore libre piégé en leur sein. De telles cages de fluxon sont basées sur la répulsion mutuelle des fluxons et peuvent être ouvertes ou verrouillées en modifiant le champ magnétique externe. Ils sont donc considérés comme un concept prometteur pour la réalisation de circuits supraconducteurs à faibles pertes et rapides avec des fluxons.

Nanostructuration de supraconducteurs à haute température avec le microscope hélium-ion

Cette recherche a été rendue possible grâce à un nouveau dispositif de l'Université de Tübingen :le microscope hélium-ion. Bien qu'il ait un principe de fonctionnement similaire à celui du microscope électronique à balayage, le microscope hélium-ion offre une résolution et une profondeur de champ sans précédent en raison de la longueur d'onde beaucoup plus petite des ions hélium. "Avec un microscope à hélium-ion, les propriétés supraconductrices peuvent être adaptées sans enlever ni détruire le matériau, qui nous permet de produire des matrices Fluxon dans des supraconducteurs à haute température avec une densité inégalée dans le monde, " souligne Dieter Koelle de l'Université Eberhard Karls de Tübingen. Les scientifiques prévoient maintenant de développer davantage la méthode pour des structures encore plus petites et de tester divers concepts théoriquement proposés pour les circuits Fluxon.