Des chercheurs des universités de Bâle et de Lund ont généré des états de paires d'électrons supraconducteurs sur plusieurs segments d'un nanofil, séparés par des barrières développées. En fonction de la hauteur des barrières, ces états de paire peuvent être couplés et fusionnés.
Les résultats ont été publiés dans Communications Physics et fournissent des informations importantes pour le développement de nouveaux états quantiques.
Dans un supraconducteur, les électrons forment une sorte de paire qui aboutit à de nouvelles propriétés matérielles telles que des courants sans dissipation. Si un matériau semi-conducteur est mis en contact avec un supraconducteur, les électrons d'un semi-conducteur peuvent également entrer dans des états de paire similaires appelés états liés d'Andreev (ABS).
De tels états qui se forment sur des cristaux individuels, longs et minces, appelés nanofils, font l'objet de recherches croissantes depuis plusieurs années, car ils pourraient être de très bons supports d'informations.
Des chercheurs de l'équipe du professeur Christian Schönenberger et du Dr Andreas Baumgartner du Département de physique et de l'Institut suisse des nanosciences de l'Université de Bâle ainsi que des collègues de l'Université de Lund ont réussi à générer de tels états de paire sur trois segments d'un nanofil, qui sont séparés par des barrières cultivées dans le cristal. Les scientifiques sont capables de manipuler la hauteur des barrières à l'aide d'une tension électrique.
"Nous pouvons identifier les états respectifs grâce aux caractéristiques du courant électrique", explique le premier auteur de la publication, le Dr Christian Jünger. Si les barrières sont grandes, alors des états liés d'Andreev individuels et indépendants se forment sur les deux segments proches d'un supraconducteur.
Analogues aux états à un électron des atomes naturels en chimie, ceux-ci peuvent être considérés comme des atomes d’Andreev. Lorsque les barrières entre les segments sont réduites, les ABS se couplent, formant des états souvent appelés molécules d'Andreev.
Lorsque les chercheurs abaissent presque complètement les barrières, des états de paire sont créés qui s’étendent sur l’ensemble du nanofil et conduisent le courant électrique sans dissipation – un phénomène connu sous le nom d’effet Josephson. "Cela correspond à une fusion des états liés d'Andreev d'origine dans l'hélium d'Andreev, semblable aux atomes d'hydrogène fusionnés", explique le Dr Andreas Baumgartner.
Dans de futures expériences, les chercheurs étudieront ce processus de fusion avec un type similaire d'états de paire, appelés états liés de Majorana, et franchiront ainsi une étape importante vers une application aux ordinateurs quantiques.
Plus d'informations : Christian Jünger et al, États intermédiaires dans la fusion à états liés d'Andreev, Physique des communications (2023). DOI :10.1038/s42005-023-01273-2
Informations sur le journal : Physique des communications
Fourni par l'Université de Bâle
