Nanofils supraconducteurs quantiques
22/06/16

Des propriétés et des phénomènes inconnus à notre échelle apparaissent à l’échelle atomique, ouvrant la voie à une nouvelle révolution industrielle. Doctorant au sein du  département de physique de l’Université de Liège, Xavier Baumans vient d’en faire l’expérience avec des supraconducteurs, établissant une limite en-deçà de laquelle des nanofils perdent définitivement leur qualité supraconductrice, même à très basse température. Pour y parvenir, Xavier Baumans et ses collègues ont repoussé la limite de fabrication des fils jusqu’à un atome de large ! Une innovation majeure, décrite dans Nature Communications, qui intéressera sans nul doute les concepteurs d’ordinateurs quantiques.

Assistant au Département de physique de l’Université de Liège (Pôle des matériaux, professeur Alejandro Silhanek), Xavier Baumans étudie le comportement de circuits électroniques supraconducteurs de très petite taille. « Très petit » signifie ici de 100 nanomètres (100 nm ou 100 millionièmes de mètre) jusqu’à… quelques atomes. Des circuits très prisés puisqu’ils interviennent dans la composition des ordinateurs quantiques. « Il y a de nombreuses années que les chercheurs ont prédit puis constaté un phénomène étrange, explique Xavier Baumans : si on réduit trop la taille des dispositifs, l’effet supraconducteur peut disparaître ! »  En fait, c’est un double phénomène qui a été observé : les fluctuations du paramètre d’ordre (le basculement entre le caractère supraconducteur ou non) sont de deux natures, thermiques et quantiques. Comme leur nom l’indique, ces dernières ne sont pas dues à la température mais à la taille, au fait qu’on est à l’échelle de l’atome. On ne sait donc pas les combattre car elles sont intrinsèques au système : même en réduisant la températureà un niveau proche du zéro absolu, elles sont toujours présentes.

Les observations réalisées jusqu’à aujourd’hui avaient cependant des limites. L’une est relative à la taille des fils étudiés : guère moins de 30 nm. Une autre est le fait que les observations ont été réalisées sur plusieurs échantillons différents : les chercheurs prenaient un fil de 90 nm, puis un autre de 60 et ainsi de suite, puis estimaient une fourchette dans laquelle le caractère supraconducteur disparaissait.

EM-nanofils

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