Nanofils supraconducteurs quantiques
22/06/2016

La limite des 10 nm

Une maîtrise qui a une conséquence immédiate, deuxième résultat important de la recherche : les mesures sont réalisées sur un seul échantillon ! L’expérience démarre avec un fil de taille bien supérieure à la limite estimée (c’est-à-dire qu’il est supraconducteur) puis on réduit la taille en plusieurs étapes, par paliers. « Nous sommes ainsi passés d’une largeur de fil d’environ 70 nm jusqu’à moins de 10 nm et on a fait mieux que cela puisqu’une fois, on a réduit la taille du fil à 1 atome de large, donc un dixième de nano ! » Les courbes de résultat montrent que le fil a une certaine résistance dans son état normal. Quand on atteint la température de transition, la résistance chute jusqu’à une valeur nulle (supraconductivité, cas du fil à 70 nm). 

fluctuations thermiques quantiques

Pour des largeurs inférieures, on voit que la température de transition n’est plus si bien définie. La résistance décroit moins vite. Plus le fil s’amincit, moins la résistance décroit vite jusqu’à arriver à un endroit où certes elle décroit, mais n’atteint plus jamais 0.  Donc le fil n’est plus jamais supraconducteur. Ce phénomène se produit pour une largeur d’environ 10 nm. « C’est la limite entre les fluctuations thermiques et quantiques, explique Xavier Baumans. A partir de cette limite, les fluctuations prépondérantes sont de type quantique. On a beau refroidir un maximum le circuit, cela ne sert à rien : le caractère supra va s’estomper et disparaître. Définitivement ».

La détermination précise de la valeur du seuil en deçà duquel cesse la supraconductivité est un troisième apport important du travail du chercheur liégeois. Car les circuits supraconducteurs sont prisés par les concepteurs des futurs ordinateurs quantiques. « Nos recherches servent d’abord d’avertissement, explique Xavier Baumans.  Le caractère supra est essentiel mais si on réduit trop la taille des circuits, cette caractéristique se perd… On a introduit une limite.  Même si j’imagine qu’on trouvera comment contourner cette limite. »

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