Une collaboration de chercheurs FLEET de l’Université de Wollongong et de l’Université Monash a examiné l’effet de diode supraconductrice, l’un des phénomènes les as well as fascinants récemment découverts en physique quantique de la matière condensée.
Une diode supraconductrice permet au supercourant sans dissipation de circuler dans une seule route et offre de nouvelles fonctionnalités aux circuits supraconducteurs.
Cet élément de circuit non dissipatif est la clé des futurs dispositifs quantiques hybrides supraconducteurs et semi-conducteurs-supraconducteurs à très basse énergie, avec un potentiel pour les systems quantiques dans l’informatique classique et quantique.
Supraconducteurs et effets de diode
Un supraconducteur se caractérise par une résistivité nulle et un comportement diamagnétique parfait, ce qui conduit à un transportation et à une lévitation magnétique sans dissipation.
Les supraconducteurs « conventionnels » et le phénomène sous-jacent de supraconductivité à basse température sont bien expliqués par la théorie microscopique de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) proposée en 1957.
La prédiction de la stage supraconductrice ferromagnétique Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov en 1964-65 et la découverte de la supraconductivité « à haute température » dans les structures antiferromagnétiques en 1986-87 ont ouvert la voie au domaine de la supraconductivité non conventionnelle dans lequel l’ordre supraconducteur peut être stabilisé dans des matériaux fonctionnels tels que les supraconducteurs magnétiques, les supraconducteurs ferroélectriques et les supraconducteurs topologiques hélicoïdaux ou chiraux.
Contrairement aux semi-conducteurs conventionnels et aux conducteurs normaux, les électrons des supraconducteurs constituent des paires, appelées paires de Cooper, et le flux de paires de Cooper est appelé supercourant.
Récemment, des chercheurs ont observé un transport de supercourant non réciproque conduisant à des effets de diode dans divers matériaux supraconducteurs présentant différentes structures et conceptions géométriques, notamment des monocristaux, des films minces, des hétérostructures, des nanofils et des jonctions Josephson.
L’Étude
L’équipe de recherche FLEET a examiné les progrès théoriques et expérimentaux dans le domaine de l’effet de diode supraconductrice (SDE) et a fourni une analyse prospective des factors futurs. Cette étude satisfied en lumière divers matériaux hébergeant le SDE, les structures des dispositifs, les modèles théoriques et les exigences de symétrie pour différents mécanismes physiques menant au SDE.
« Contrairement à la diode semi-conductrice conventionnelle, l’efficacité du SDE est largement réglable by means of des stimuli extrinsèques tels que la température, le champ magnétique, le déclenchement, la conception du dispositif et les fonctionnalités mécaniques quantiques intrinsèques telles que la section de Berry, la topologie de bande et l’interaction spin-orbite », explique le Dr. Muhammad Nadeem (Université de Wollongong), chercheur à FLEET.
La course du supercourant peut être contrôlée soit avec un champ magnétique, soit avec un champ électrique de grille. « Les fonctionnalités des diodes accordables par grille dans les constructions supraconductrices à effet de champ pourraient permettre de nouvelles purposes de dispositifs pour les systems hybrides supraconductrices et semi-conductrices-supraconductrices », déclare le co-auteur, le professeur Michael Fuhrer (Université Monash), directeur de FLEET.
Le SDE a été observé dans une large gamme de constructions supraconductrices, constituées de supraconducteurs conventionnels, de supraconducteurs ferroélectriques, de graphène torsadé à quelques couches, d’hétérostructures de Van der Waals et de supraconducteurs topologiques hélicoïdaux ou chiraux. Cela reflète l’énorme potentiel et la massive utilisation des diodes supraconductrices, qui diversifient considérablement le paysage des systems quantiques, explique le professeur Xiaolin Wang (Université de Wollongong), chercheur en chef de FLEET.
