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Des matériaux supraconducteurs et ferromagnétiques pour fabriquer des nanomatériaux mixtes

Les propriétés de nanomatériaux faits de systèmes mixtes sont très différentes de celles de chaque composante. Des scientifiques financés par l'UE ont étudié comment le transport de charge est modifié dans de tels matériaux, afin de concevoir des dispositifs destinés à l'informatique quantique.
Des matériaux supraconducteurs et ferromagnétiques pour fabriquer des nanomatériaux mixtes
Dans beaucoup de nanostructures, le transport des électrons se fait avec une cohérence quantique et en respectant certaines lois, très différentes de celles qui prévalent dans les systèmes macroscopiques et microscopiques. Ces découvertes ont ouvert la voie à un nouveau domaine, celui de la physique mésoscopique.

Les scientifiques du projet LODIHYBRIDS (Correlations and proximity effect in low-dimensional and hybrid structures), financé par l'UE, ont exploré les comportements mésoscopiques dans des systèmes mixtes constitués de matériaux aux propriétés antagonistes. Les systèmes de matériaux supraconducteurs et ferromagnétiques sont un exemple intéressant.

Le ferromagnétisme et la supraconductivité sont de prime abord considérés comme antagonistes. La supraconductivité tend à aligner en sens inverse le spin des électrons dans les paires de Cooper, alors que le ferromagnétisme favorise l'alignement parallèle des moments magnétiques et donc des spins orientés dans le même sens.

Dans des nanostructures mixtes où un matériau supraconducteur est en contact avec un autre qui ne l'est pas, il se produit des échanges de paires de Cooper et d'excitations des électrons. Les chercheurs de LODIHYBRIDS ont étudié le courant d'Andreev induit par résonance ferromagnétique, ainsi que d'autres effets survenant à l'interface.

Ils ont ensuite recherché des états de Majorana liés, un sujet très actif de la recherche expérimentale en physique mésocopique. La génération, la détection et la manipulation d'états de Majorana liés détiennent la promesse d'une informatique quantique à protection topologique.

Les chercheurs ont utilisé un système mixte d'isolants topologiques et de nanofils pour déterminer les caractéristiques d'états de Majorana liés, afin de trouver de nouvelles méthodes expérimentales pour obtenir ces états. Ils ont étudié sur des jonctions Josephson les conséquences de l'association de la supraconductivité topologique avec des états de Majorana liés.

Les travaux de LODIHYBRIDS devraient améliorer la compréhension des systèmes mixtes, dans lesquels un contact étroit entre des matériaux aux propriétés antagonistes engendre l'apparition d'une dynamique unique. De tels effets ont un rôle clé sur le futur de l'informatique quantique.

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Mots-clés

Nanomatériaux mixtes, nanomatériaux, informatique quantique, ferromagnétisme, supraconductivité