Les physiciens de l’Institut de recherche japonais du RIKEN ont franchi une étape supplémentaire dans le domaine de la supraconductivité en créant un diode supraconducteur, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’exploitation de la supraconductivité dans les dispositifs électroniques.
Les supraconducteurs, qui permettent aux courants électriques de circuler sans résistance, offrent des perspectives inédites pour l’électronique. En effet, les circuits et les dispositifs supraconducteurs promettent d’exploiter un large éventail de phénomènes exotiques qui ne sont pas possibles dans les dispositifs basés sur des semi-conducteurs conventionnels. Ils pourraient par exemple servir de blocs de construction de base pour les ordinateurs quantiques.
Le diode supraconducteur : une réalisation majeure
Un des composants les plus importants dans l’électronique conventionnelle basée sur le silicium est le diode, un dispositif qui permet au courant de circuler dans un sens mais pas dans l’autre. Un concept analogue, l’effet de diode supraconducteur, existe également où la résistance électrique dépend du sens du courant. Cet effet a été démontré pour la première fois en 2020 par un groupe de l’Université de Kyoto et a depuis été réalisé par de nombreux autres groupes.
Sadashige Matsuo et son équipe du RIKEN ont démontré l’effet de diode supraconducteur d’une nouvelle manière, en utilisant deux dispositifs connus sous le nom de jonctions Josephson. En particulier, ils ont pu utiliser une jonction pour contrôler le flux d’un supercourant dans l’autre.
Les jonctions Josephson : un outil clé
Les jonctions Josephson sont constituées d’un film mince d’un matériau non supraconducteur pris en sandwich entre deux supraconducteurs. Jusqu’à un certain courant critique, les électrons peuvent traverser la barrière sans résistance dans ce que l’on appelle un supercourant. Au-delà du courant critique, un courant conventionnel peut circuler.
La clé pour réaliser l’effet de diode supraconducteur était de rompre les symétries dans le dispositif. « Les symétries, tant spatiales que temporelles, dans un dispositif supraconducteur exigent que les courants critiques dans les deux sens de circulation soient les mêmes », explique Sadashige Matsuo. « En rompant ces symétries, le courant critique dans un sens peut être différent de celui dans l’autre sens ». C’est l’effet de diode supraconducteur.
Une méthode pratique pour exploiter la supraconductivité
Les chercheurs ont commencé par recouvrir une couche mince mais de haute qualité, connue sous le nom de puits quantique, du semi-conducteur arseniure d’indium avec un film d’aluminium. Sur cette plateforme, ils ont ensuite construit deux jonctions Josephson qui partageaient une électrode supraconductrice.
À une température très basse, l’équipe a montré que le contrôle de phase de l’une des jonctions couplées peut rompre les symétries d’inversion temporelle et spatiale dans l’autre jonction.
En synthèse
Les résultats fournissent une méthode pratique pour exploiter la supraconductivité sur une plateforme électronique évolutive. « La prochaine étape est d’utiliser nos jonctions Josephson couplées pour explorer d’autres phénomènes supraconducteurs exotiques », conclut Sadashige Matsuo.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un diode supraconducteur ?
Un diode supraconducteur est un dispositif qui permet à un supercourant de circuler dans une direction mais pas dans l’autre. Il s’agit d’un concept analogue à celui du diode dans l’électronique conventionnelle.
Qu’est-ce qu’une jonction Josephson ?
Une jonction Josephson est un dispositif constitué d’un film mince d’un matériau non supraconducteur pris en sandwich entre deux supraconducteurs. Elle permet aux électrons de traverser la barrière sans résistance jusqu’à un certain courant critique.
Qu’est-ce que l’effet de diode supraconducteur ?
L’effet de diode supraconducteur est un phénomène où la résistance électrique dépend du sens du courant. Il a été démontré pour la première fois en 2020 par un groupe de l’Université de Kyoto.
Comment a été réalisé l’effet de diode supraconducteur par l’équipe de RIKEN ?
L’équipe de RIKEN a réalisé l’effet de diode supraconducteur en utilisant deux jonctions Josephson. Ils ont pu utiliser une jonction pour contrôler le flux d’un supercourant dans l’autre.
Quelles sont les prochaines étapes après cette réalisation ?
La prochaine étape est d’utiliser les jonctions Josephson couplées pour explorer d’autres phénomènes supraconducteurs exotiques.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| 1. Les physiciens de RIKEN ont créé un diode supraconducteur. |
| 2. Les supraconducteurs permettent aux courants électriques de circuler sans résistance. |
| 3. L’effet de diode supraconducteur a été démontré pour la première fois en 2020 par un groupe de l’Université de Kyoto. |
| 4. Les jonctions Josephson sont constituées d’un film mince d’un matériau non supraconducteur pris en sandwich entre deux supraconducteurs. |
| 5. L’équipe de RIKEN a utilisé deux jonctions Josephson pour réaliser l’effet de diode supraconducteur. |
| 6. La clé pour réaliser l’effet de diode supraconducteur était de rompre les symétries dans le dispositif. |
| 7. À une température très basse, l’équipe a montré que le contrôle de phase de l’une des jonctions couplées peut rompre les symétries d’inversion temporelle et spatiale dans l’autre jonction. |
| 8. Les résultats fournissent une méthode pratique pour exploiter la supraconductivité sur une plateforme électronique évolutive. |
| 9. La prochaine étape est d’utiliser les jonctions Josephson couplées pour explorer d’autres phénomènes supraconducteurs exotiques. |
| 10. Cette réalisation marque une étape significative dans le domaine de la supraconductivité. |
Références
Légende illustration principale : Image de microscopie électronique à balayage du dispositif, qui utilise deux jonctions Josephson pour contrôler le supercourant circulant de l’une à l’autre. D’après Ref. 1. Reproduit avec l’autorisation de SNCSC
Article : «The superconducting equivalent of the diode has been realized using Josephson junctions, opening new possibilities for harnessing superconductivity in devices» – DOI
