Des chercheurs de l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague ont fait passer des conducteurs très minces de la supraconductivité à l'isolation, créant ainsi un état étrange « impossible » entre les deux états mutuellement exclusifs.
La recherche sur les matériaux est absolument cruciale lorsqu’il s’agit d’états quantiques. Quel que soit le matériau utilisé comme base pour créer des états quantiques contrôlables, par exemple si vous souhaitez créer des applications utilisant des états quantiques pour l'informatique, la détection ou la communication, les matériaux définissent souvent dans quelle mesure vous pouvez éliminer le bruit omniprésent qui perturbe ou même perturbe les états ou signaux quantiques « propres » souhaités. C'est une bataille continue.
L'équipe dirigée par Saulius Vaitiekenas, professeur associé à l'Institut Niels Bohr, a réussi à créer ce qui est censé être un état intermédiaire impossible entre supraconducteur = absolument aucune résistance ni perte de connexion électrique – et isolation totale = coupure complète du signal électrique.
L'ouvrage est publié dans la revue Lettres d'examen physique.
Le standard de diaphonie a rendu possible ce comportement inattendu
Le groupe a construit un « tableau » composé de minuscules îlots supraconducteurs équipés d'un bouton de tension – un peu comme un transistor – qui leur permettait de contrôler la diaphonie entre ces îlots. Selon une ancienne prédiction, le système devait passer du stade supraconducteur, lorsque les îles sont autorisées à « parler » entre elles, à celui directement isolant, lorsqu'elles sont déconnectées.
Au lieu de cela, les chercheurs ont découvert un état intermédiaire dans lequel les îles continuent de communiquer entre elles, mais sans supraconductivité. En raison de ce comportement inattendu, l’état est appelé régime métallique anormal.
« Notre étude apporte davantage de lumière sur cet état, indiquant que ce sont les fluctuations quantiques ou, pour être un peu plus précis, l'incertitude entre la phase supraconductrice entre les îles et le nombre de particules dans les îles de notre échantillon, qui sont à l'origine de ce comportement », explique Vaitiekenas.
Les transitions de phase quantique – et leur compréhension – sont l’une des pièces d’un grand puzzle
L’expérience met en lumière la question de longue date concernant le métal anormal – un état inattendu de la matière qui a été observé lorsque les dispositifs sont passés du statut de supraconducteur (conducteur parfait) à celui d’isolant.
Comme l'explique Vaitiekenas, « Comprendre de telles transitions de phase quantique, c'est comme résoudre un grand puzzle. Une pièce à la fois ne révélera peut-être pas l'ensemble du tableau, mais, à long terme, cela pourrait constituer un pas en avant vers une électronique qui gaspille moins d'énergie et des dispositifs quantiques plus contrôlables et plus fiables pour les applications futures. «
Les contributeurs à ce travail sont Satyaki Sasmal, Maria Efthymiou-Tsironi, Gunjan Nagda, Emma Fugl, Lara Liva Olsen, Filip Krizek, Charles M. Marcus et S. Vaitiekėnas.
