Une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'Université de Würzburg a réussi à créer un état particulier de supraconductivité. Cette découverte pourrait faire progresser le développement des ordinateurs quantiques. Les résultats sont publiés dans Physique de la nature.
Les supraconducteurs sont des matériaux capables de conduire l’électricité sans résistance électrique, ce qui en fait le matériau de base idéal pour les composants électroniques des appareils IRM, des trains à sustentation magnétique et même des accélérateurs de particules. Cependant, les supraconducteurs conventionnels sont facilement perturbés par le magnétisme. Un groupe international de chercheurs a réussi à construire un dispositif hybride constitué d'un supraconducteur proche stable amélioré par le magnétisme et dont la fonction peut être spécifiquement contrôlée.
Ils ont combiné le supraconducteur avec un semi-conducteur matériau connu sous le nom d’isolant topologique. « Les isolants topologiques sont des matériaux qui conduisent l’électricité à leur surface mais pas à l’intérieur. Cela est dû à leur structure topologique unique, c'est-à-dire à la disposition particulière des électrons », explique le professeur Charles Gould, physicien à l'Institut des isolants topologiques de l'Université de Würzburg (JMU). "Ce qui est passionnant, c'est que nous pouvons équiper les isolants topologiques d'atomes magnétiques afin qu'ils puissent être contrôlés par un aimant."
Les supraconducteurs et les isolants topologiques ont été couplés pour former une jonction Josephson, une connexion entre deux supraconducteurs séparés par une fine couche de matériau non supraconducteur. «Cela nous a permis de combiner les propriétés de la supraconductivité et des semi-conducteurs», explique Gould.
« Nous combinons donc les avantages d’un supraconducteur avec la contrôlabilité de l’isolant topologique. Grâce à un champ magnétique externe, nous pouvons désormais contrôler avec précision les propriétés supraconductrices. Il s’agit d’une véritable avancée dans la physique quantique.
La supraconductivité rencontre le magnétisme
Cette combinaison particulière crée un état exotique dans lequel la supraconductivité et le magnétisme sont combinés ; il s’agit normalement de phénomènes opposés qui coexistent rarement. Ceci est connu sous le nom d’état Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (p-FFLO) induit par la proximité.
Le nouveau « supraconducteur doté d’une fonction de contrôle » pourrait être important pour des applications pratiques, telles que le développement d’ordinateurs quantiques. Contrairement aux ordinateurs conventionnels, les ordinateurs quantiques ne sont pas basés sur des bits mais sur des bits quantiques (qubits), qui peuvent prendre non seulement deux mais plusieurs états simultanément.
"Le problème est que les bits quantiques sont actuellement très instables car ils sont extrêmement sensibles aux influences externes, telles que les champs électriques ou magnétiques", explique Gould. "Notre découverte pourrait aider à stabiliser les bits quantiques afin qu'ils puissent être utilisés dans les ordinateurs quantiques à l'avenir."