Vers des dispositifs supraconducteurs à interférence quantique
Il y a près de 100 ans, un physicien hollandais a refroidi du mercure à une température proche du zéro absolu (le minimum théoriquement possible). Ce faisant, il a constaté que la résistance du métal était devenue nulle, découvrant par hasard la supraconductivité. Depuis, on a découvert et étudié de nombreux matériaux supraconducteurs, métaux ou oxydes, mais sans éclaircir pour autant tous les mystères de cet état. Dans ce domaine, la dernière nouveauté est celle de supraconducteurs à base de fer, ouvrant des possibilités physiques très excitantes ainsi que des utilisations possibles sans un refroidissement intense. Suite à la difficulté de fabriquer ces matériaux en couches minces par épitaxie, ils n'ont été étudiés qu'en bloc ou sous forme polycristalline. Les partenaires ayant connu une réussite récente dans la croissance épitaxiale des films supraconducteurs à base de fer ont uni leurs forces sur le projet IRON-SEA (Establishing the basic science and technology for iron-based superconducting electronics applications) financé par l'UE. Ils chercheront à établir les bases scientifiques pour leur exploitation dans de nouveaux dispositifs et applications. Pour les dispositifs sophistiqués, des films fins épitaxiaux de qualité sont nécessaires. Les matériaux supraconducteurs soigneusement mis en couches sont de plus en plus importants dans les dispositifs supraconducteurs à interférence quantique (DSIQ) qui pourraient être utilisés pour l'informatique quantique. Les scientifiques ont travaillé à l'optimisation et à la détermination des conditions de croissance de tous les films fins supraconducteurs à base de fer étudiés à l'aide du dépôt laser pulsé et de l'épitaxie du faisceau moléculaire. Un autre élément important pour le développement de nouveaux dispositifs est la technologie pour la modélisation haute résolution. Les scientifiques ont développé une méthode de photolithographie pour la modélisation précise des films fins de matériaux supraconducteurs à base de fer. Après avoir développé avec succès des jonctions supraconductrices à effet tunnel (JSET), les scientifiques ont découvert que les oxydes de titane et les oxydes d'aluminium étaient les matériaux les plus adaptés comme barrières d'isolation aux jonctions pour la fabrication des dispositifs. Une grande variété de JSET a été optimisée pour activer des dispositifs sensibles à la phase hybride dans un futur proche. L'écart d'énergie supraconductrice et la symétrie dans les supraconducteurs à base de fer sont différents de ceux trouvés dans les supraconducteurs conventionnels ou cuprates. Les supraconducteurs conventionnels requièrent un écart symétrique. Via différentes techniques de spectroscopie, l'équipe a réalisé d'importantes recherches pour comprendre le mécanisme d'appariement entre les écarts d'énergie et la symétrie pour divulguer la physique de la supraconductivité. Sauf pour les DSIQ, les découvertes du projet ouvrent la voie au développement de détecteurs nanofils et de mémoires JSET magnétiques pour des circuits de logique quantique rapides à simple flux sur des supraconducteurs à base de fer.
Mots‑clés
Appareils quantiques, supraconducteurs à base de fer, supraconducteurs, dispositifs supraconducteurs à interférence quantique
