Des chercheurs ont réussi à intégrer la supraconductivité activée par laser sur une puce, ouvrant la voie à de nouvelles applications opto-électroniques. Découvrez comment cette découverte pourrait révolutionner le domaine de la supraconductivité et les technologies associées.
Des chercheurs de l’Institut Max Planck pour la Structure et la Dynamique de la Matière (MPSD) à Hambourg, en Allemagne, ont démontré que la capacité précédemment mise en évidence d’activer la supraconductivité à l’aide d’un faisceau laser peut être intégrée sur une puce. Cette avancée ouvre la voie à des applications opto-électroniques.
Leur travail, publié dans Nature Communications, montre également que la réponse électrique du K3C60 photo-excité n’est pas linéaire, c’est-à-dire que la résistance de l’échantillon dépend du courant appliqué. Cette caractéristique clé de la supraconductivité valide certaines observations précédentes et apporte de nouvelles informations et perspectives sur la physique des films minces de K3C60.
La manipulation optique pour la supraconductivité à haute température
La manipulation optique des matériaux pour produire de la supraconductivité à haute température est un axe de recherche majeur du MPSD. Jusqu’à présent, cette stratégie s’est avérée fructueuse dans plusieurs matériaux quantiques, dont les cuprates, les k-(ET)2-X et le K3C60. Une cohérence électrique accrue et une résistance nulle ont été observées dans des études précédentes sur les états optiquement excités de ces matériaux.
Dans cette étude, les chercheurs du groupe Cavalleri ont utilisé la spectroscopie THz non linéaire sur puce pour accéder à des mesures de transport à l’échelle de la picoseconde (une picoseconde est un milliardième de seconde). Ils ont connecté des films minces de K3C60 à des commutateurs photoconducteurs avec des guides d’ondes coplanaires.
En utilisant une impulsion laser visible pour déclencher le commutateur, ils ont envoyé une impulsion de courant électrique intense d’une durée d’une picoseconde à travers le matériau.
Observation de comportements clés de la supraconductivité
En exposant simultanément les films de K3C60 à la lumière infrarouge moyenne, les chercheurs ont pu observer des changements de courant non linéaires dans le matériau optiquement excité. Ce comportement de courant critique et l’effet Meissner sont les deux caractéristiques clés des supraconducteurs. Aucune de ces mesures n’a été réalisée toutefois jusqu’à présent, ce qui rend cette démonstration du comportement du courant critique dans le solide excité particulièrement significative.
De plus, l’équipe a découvert que l’état optiquement excité du K3C60 ressemblait à celui d’un supraconducteur granulaire, composé d’îlots supraconducteurs faiblement connectés.
Une plateforme technique unique
Le MPSD est particulièrement bien placé pour réaliser de telles mesures à l’échelle de la picoseconde, la configuration sur puce ayant été conçue et construite en interne. « Nous avons développé une plateforme technique qui est parfaite pour étudier les phénomènes de transport non linéaires hors équilibre, comme les effets Hall non linéaires et anormaux, la réflexion d’Andreev et d’autres », explique l’auteur principal Eryin Wang, scientifique au sein du groupe Cavalleri.
L’intégration de la supraconductivité hors équilibre dans les plateformes opto-électroniques pourrait conduire à de nouveaux dispositifs basés sur cet effet.
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En synthèse
La réussite de l’intégration de la supraconductivité activée par laser sur une puce ouvre la voie à de nouvelles applications opto-électroniques et souligne les développements scientifiques et technologiques au sein du MPSD à Hambourg. Cette avancée pourrait permettre l’étude de nombreux phénomènes dans les matériaux non équilibrés et potentiellement introduire des changements durables dans la technologie.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la supraconductivité activée par laser ?
La supraconductivité activée par laser est une technique qui permet d’activer la supraconductivité, c’est-à-dire la capacité d’un matériau à conduire l’électricité sans résistance, à l’aide d’un faisceau laser.
Qu’est-ce que le K3C60 ?
Le K3C60 est un matériau qui a été utilisé dans cette étude pour démontrer la possibilité d’activer la supraconductivité à l’aide d’un faisceau laser.
Qu’est-ce que la spectroscopie THz non linéaire sur puce ?
La spectroscopie THz non linéaire sur puce est une technique qui permet de mesurer le transport électrique à l’échelle de la picoseconde (un milliardième de seconde).
Qu’est-ce que le comportement de courant critique ?
Le comportement de courant critique est une caractéristique clé des supraconducteurs. Il s’agit de la capacité du matériau à changer de manière non linéaire son courant en réponse à une excitation optique.
Qu’est-ce qu’un supraconducteur granulaire ?
Un supraconducteur granulaire est un type de supraconducteur qui est composé d’îlots supraconducteurs faiblement connectés.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| La supraconductivité peut être activée par un faisceau laser. |
| Cette capacité peut être intégrée sur une puce. |
| La réponse électrique du K3C60 photo-excité n’est pas linéaire. |
| La manipulation optique des matériaux peut produire de la supraconductivité à haute température. |
| Les chercheurs ont utilisé la spectroscopie THz non linéaire sur puce pour accéder à des mesures de transport à l’échelle de la picoseconde. |
| Les chercheurs ont pu observer des changements de courant non linéaires dans le matériau optiquement excité. |
| L’état optiquement excité du K3C60 ressemble à celui d’un supraconducteur granulaire. |
| Le MPSD est particulièrement bien placé pour réaliser de telles mesures à l’échelle de la picoseconde. |
| L’intégration de la supraconductivité hors équilibre dans les plateformes opto-électroniques pourrait conduire à de nouveaux dispositifs basés sur cet effet. |
| Le travail souligne les développements scientifiques et technologiques au sein du MPSD à Hambourg. |
Références
Légende illustration principale : Dispositif de mesure dans lequel des faisceaux infrarouges moyens et visibles sont focalisés sur le dispositif optoélectronique. Encart : Image du dispositif sur lequel les impulsions de courant picosecondes sont lancées, transportées et détectées. Crédit : Eryin Wang, MPSD
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD), Nature Communications
Article : « Superconducting nonlinear transport in optically driven high-temperature K3C60 » – DOI: 10.1038/s41467-023-42989-7
