Des scientifiques développent une nouvelle technique pour sonder les interactions semi-conducteur-supraconducteur


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  • « Il y a une course internationale pour identifier la meilleure plate-forme de contrôle et de traitement des informations quantiques pour les ordinateurs quantiques, où les supraconducteurs jouent un rôle de premier plan », déclare Duc Phan, doctorant à l’Institut autrichien des sciences et technologies (ISTA) et premier auteur de un nouvel article maintenant publié dans Lettres d’examen physique. « Microsoft travaille sur des qubits topologiques utilisant des sandwichs supraconducteur-semi-conducteur. Cependant, avant de pouvoir les utiliser, nous devons comprendre la physique fondamentale qui les sous-tend. »

    Phan et ses collègues de l’ISTA Jorden Senior et Andrew Higginbotham du groupe Condensed Matter and Quantum Circuits ont mené cette étude en étroite collaboration avec des partenaires de l’Université de New York et avec le soutien théorique d’Areg Ghazaryan et Maksym Serbyn du groupe Quantum Dynamics de l’ISTA. Ils ont développé une technique pour sonder les interactions quantiques dans les super-semi-sandwichs ouvrant la voie à de nouvelles applications comme les bits quantiques topologiques basés sur les modes dits zéro de Majorana.

    Environnement froid

    Pour leur expérience, les chercheurs ont créé un sandwich microscopique constitué d’un supraconducteur en aluminium (Al) sur un semi-conducteur indium-arsenic (InAs). Les supraconducteurs sont des matériaux qui n’ont pas de résistance électrique. Pour cela, ils sont refroidis à une température proche du zéro absolu. Les semi-conducteurs comme InAs ou le silicium peuvent être isolants ou conducteurs d’électricité en fonction de leur environnement et du champ électrique appliqué.

    Tout comme dans un sandwich conventionnel qui devient plus que la somme de ses parties, les propriétés combinées de l’Al et de l’InAs sont modifiées dans les super-semi-sandwichs. A l’interface entre le supraconducteur Al et le semi-conducteur InAs, l’effet de proximité déverse la supraconductivité dans le semi-conducteur en y créant de nouveaux états quantiques. Cependant, jusqu’à présent, les chercheurs avaient du mal à les étudier car ils ne pouvaient pas être sondés directement car masqués par la présence de la couche supraconductrice d’Al.

    « Nous avons découvert qu’en envoyant un courant alternatif des milliards de fois par seconde à proximité du sandwich, nous pouvions rendre le voile du supraconducteur partiellement transparent et obtenir des informations sur les propriétés du semi-conducteur », explique Senior. « Nous avons également appliqué un champ magnétique pour créer de nouveaux états quantiques que nous recherchions et avons développé un nouveau modèle qui expliquait nos observations. »

    Un nouveau niveau de détail

    Ce premier résultat expérimental du groupe Higginbotham depuis sa création à l’ISTA jette les bases pour étudier les structures hybrides supraconducteur-semi-conducteur à un nouveau niveau de détail. « Les paramètres que nous pouvons en déduire pourraient fournir des indications indispensables pour construire des bits quantiques topologiques basés sur les modes zéro de Majorana », explique Jorden. Il souligne également que « l’ISTA est très bien placée dans ce domaine en développement car ici l’expertise expérimentale, la compréhension théorique, ainsi que l’excellente infrastructure fournie par la salle blanche à la pointe de la technologie – la cuisine pour la production de sandwichs – se rejoignent . »

    Phan et ses collègues sont ravis des connaissances qu’ils obtiendront grâce à leur nouvelle technique de sondage et des applications futures qui pourraient devenir possibles une fois que la physique fondamentale de ce sandwich exotique aura été comprise.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Institut des sciences et de la technologie Autriche. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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