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Aug 22, 2023

Des chercheurs observent un effet de diode supraconductrice omniprésent dans les films supraconducteurs minces

Article du 3 août 2023 Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la qualité du contenu

Article du 3 août 2023

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

L’effet de diode dite supraconductrice (SC) a récemment attiré une attention considérable au sein de la communauté des chercheurs en physique, en raison de sa valeur potentielle pour le développement de nouvelles technologies. Cet effet fournit un exemple clé de supraconductivité non réciproque, car les matériaux qui l'hébergent sont essentiellement supraconducteurs dans un sens du flux de courant et résistifs dans l'autre.

Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), en collaboration avec IBM Research Europe et d'autres instituts du monde entier, ont récemment observé cet effet intéressant dans des couches minces de matériaux supraconducteurs. Leurs découvertes, présentées dans Physical Review Letters, pourraient permettre la fabrication de nouveaux composants électroniques, tels que des diodes plus performantes (c'est-à-dire des dispositifs permettant au courant électrique de circuler dans une direction spécifique).

"Notre découverte d'un effet de diode SC était en quelque sorte fortuite, mais tout aussi surprenante", a déclaré Jagadeesh Moodera, l'un des chercheurs qui ont mené l'étude, à Phys.org. "Nous étudiions (et étudions encore) les insaisissables états liés de Majorana, également connus sous le nom de fermions de Majorana, qui apparaissent sur une surface d'or supraconducteur en utilisant une structure similaire d'empilement de couches minces. Nous avons fait un détour pour une recherche "rapide" du phénomène ( effet de diode supraconductrice) qui était soudainement sur le devant de la scène, avec plusieurs nouveaux rapports sur ce sujet parus depuis 2020. »

Quelques jours seulement après que Moodera et ses collègues ont commencé à étudier l’effet de la diode SC, ils ont réussi à l’observer dans des films supraconducteurs minces. Dans un premier temps, ils ont spécifiquement tenté d’observer cet effet dans des conditions réputées favorables, notamment lorsque les supraconducteurs étaient soumis à des champs de spin-orbite et d’échange. Cependant, ils se sont vite rendu compte que l’effet était omniprésent dans les couches supraconductrices, ce qui signifie qu’il se produisait dans les deux cas, même sans ces champs.

"Il s'est avéré qu'un comportement record de diode dans un supraconducteur pouvait être réalisé avec une simple sculpture de ses bords, et ainsi constituer la base d'une future mise à l'échelle facile d'une mémoire supraconductrice efficace, d'un commutateur, d'une logique, etc., d'une technologie de dispositif", a expliqué Moodera. "Il convient de souligner que deux lycéens qui ont mené des recherches au MIT au cours de l'été, à savoir Amith Verambaly et Ourania Glezakou-Ebert, ont joué un rôle déterminant dans cette étude. Ce travail souligne en outre que les recherches révolutionnaires se produisent au moment où on s'y attend le moins, lorsqu'elles sont libres. à explorer, avec l'esprit ouvert !"

Les supraconducteurs sont des matériaux qui deviennent supraconducteurs (c'est-à-dire qu'ils peuvent conduire le courant continu sans perdre d'énergie) lorsqu'ils sont refroidis à des températures suffisamment basses. En d’autres termes, ces matériaux hébergent un courant électrique sans dissipation, qui les traverse avec une résistance nulle jusqu’à une valeur maximale, appelée courant critique.

Lorsque l'effet de diode SC se produit, ce courant critique devient différent en fonction de sa direction (c'est-à-dire selon qu'il circule vers l'avant ou vers l'arrière dans le matériau). L'objectif principal de l'étude des chercheurs était de sonder cet effet dans de fines couches de matériaux supraconducteurs.

"Nous avons fabriqué des films SC de haute qualité recouverts d'une couche semi-conductrice ferromagnétique, et la mesure des caractéristiques du courant de transport a révélé un énorme effet de diode SC sans avoir besoin d'un champ magnétique appliqué", ont expliqué Akashdeep Kamra et Yasen Hou. "Nous avons réalisé que les détails géométriques fins des côtés de nos bandes de film à motifs lithographiques jouaient un rôle crucial dans cet effet de diode. Nous avons donc synthétisé simplement le film SC et introduit une inhomogénéité sur l'un des côtés, créant ainsi une asymétrie supplémentaire, pour améliorer l'effet diode SC."