Nanofils supraconducteurs quantiques
22/06/2016

Tout en finesse

Le but de la recherche dont les résultats viennent d’être publiés (1) a donc été  de déterminer précisément à quelle taille le matériau perd ses propriétés supra et où se situe la transition entre fluctuations thermiques et fluctuations quantiques. Pour y arriver, et c’est une grande première, Xavier Baumans et ses collègues de l’ULg et de la KUL ont  d’abord repoussé la limite de fabrication des fils jusqu’à moins d’un nanomètre ! « Il faut savoir qu’un atome, s’enthousiasme le jeune chercheur, c’est un dixième de nanomètre ; un fil de 10 nm, c’est 100 atomes et un fil de 1 nm, c’est environ 10 atomes de large ! » Comment y parvient-on ? Grâce au phénomène d’électromigration, phénomène destructif mais retourné ici à l’avantage des chercheurs.


Il apparaît quand on applique un courant à des fils conducteurs, dans le cas présent un fil d’aluminium. Le passage du courant provoque une migration des ions métalliques à l’intérieur du fil et le phénomène s’autoalimente et s’emballe. Plus la taille du fil se réduit, plus le courant chauffe le fil puisqu’il est plus mince et donc les ions migrent plus, donc la taille se réduit encore et ainsi de suite. Ce phénomène limite la durée de vie des circuits électroniques. « Nous l’avons utilisé à notre avantage, explique Xavier Baumans, on l’a domestiqué en évitant l’emballement. Un petit courant va commencer à faire migrer les ions et à diminuer la taille du fil. Si on n’y prend pas garde, en quelques secondes, le fil peut casser. Grâce à un contrôle par ordinateur, nous parvenons à réguler le courant dans le fil de telle sorte que si on observe des indices d’emballement, on réagit en moins d’un millième de seconde en baissant la valeur du courant dans le fil ; ce faisant,  on réduit la migration et l’amincissement du fil. Il faut donc toujours maintenir un courant suffisant pour que les ions migrent (sinon il n’y a pas de diminution du fil) mais pas trop grand pour que la réaction ne s’emballe pas (sinon il y a cassure du fil). » C’est un apport important de la recherche : une maîtrise parfaite du processus d’amoindrissement en continu d’un fil conducteur. 

(1)Thermal and quantum depletion of superconductivity in narrow junctions created by controlled electromigration, Xavier D.A. Baumans et al. NATURE COMMUNICATIONS | 7:10560 | DOI: 10.1038/ncomms10560 | 

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