Découverte de paires d'électrons dans des atomes artificiels
Des chercheurs du département de physique de l'université de Hambourg ont observé un état quantique prédit il y a plus de 50 ans par des théoriciens japonais, mais qui n'avait pas été détecté jusqu'à présent. En adaptant un atome artificiel à la surface d'un supraconducteur, les chercheurs ont réussi à coupler les électrons de ce que l'on appelle un point quantique, induisant ainsi la plus petite version possible d'un supraconducteur. Ces travaux sont publiés dans le dernier numéro de la revue "Nature".
Vue 3D de certaines des structures construites atome par atome à partir d'argent (petits monticules). Une cage électronique rectangulaire et une cage électronique circulaire sont visibles dans le quart supérieur gauche de l'image.
Lucas Schneider
Habituellement, les électrons se repoussent l'un l'autre en raison de leur charge négative. Ce phénomène a un impact considérable sur de nombreuses propriétés des matériaux, telles que la résistance électrique. La situation change radicalement si les électrons sont "collés" par paires et deviennent ainsi des bosons. Les paires bosoniques ne s'évitent pas comme les électrons individuels, mais plusieurs d'entre elles peuvent résider au même endroit ou effectuer le même mouvement.
L'une des propriétés les plus intrigantes d'un matériau contenant de telles paires d'électrons est la supraconductivité, c'est-à-dire la possibilité de laisser passer un courant électrique à travers le matériau sans aucune résistance électrique. Depuis de nombreuses années, la supraconductivité a trouvé de nombreuses applications technologiques importantes, notamment l'imagerie par résonance magnétique ou des détecteurs très sensibles de champs magnétiques. Aujourd'hui, la réduction constante de l'échelle des dispositifs électroniques encourage fortement les recherches sur la manière dont la supraconductivité peut être induite dans des structures beaucoup plus petites à l'échelle nanométrique.
Des chercheurs du département de physique et du pôle d'excellence "CUI : Advanced Imaging of Matter" à l'Université de Hambourg, ont maintenant réalisé l'appariement des électrons dans un atome artificiel appelé point quantique, qui est le plus petit élément de construction pour les dispositifs électroniques nanostructurés. À cette fin, les expérimentateurs dirigés par le Dr Jens Wiebe de l'Institut de physique des nanostructures et des états solides ont enfermé les électrons dans de minuscules cages qu'ils ont construites à partir d'argent, atome par atome.
En couplant les électrons enfermés à un supraconducteur élémentaire, les électrons ont hérité de la tendance à l'appariement du supraconducteur. En collaboration avec une équipe de physiciens théoriciens du Pôle, dirigée par le Dr Thore Posske, les chercheurs ont établi un lien entre la signature expérimentale, un pic spectroscopique à très basse énergie, et l'état quantique prédit au début des années 70 du siècle dernier par Kazushige Machida et Fumiaki Shibata.
Bien que cet état ait jusqu'à présent échappé à la détection directe par des méthodes expérimentales, des travaux récents menés par des chercheurs néerlandais et danois montrent qu'il permet de supprimer les bruits parasites dans les qubits de transmon, un élément essentiel des ordinateurs quantiques modernes. Dans une communication privée par courrier électronique, Kazushige Machida a écrit au premier auteur de la publication, le Dr Lucas Schneider : Je vous remercie d'avoir "découvert" mon ancien article il y a un demi-siècle. J'ai longtemps pensé que les impuretés non magnétiques des métaux de transition produisaient l'état d'entre-deux, mais leur emplacement est si proche du bord de l'entre-deux supraconducteur qu'il est impossible d'en prouver l'existence. Mais grâce à votre méthode ingénieuse, vous avez finalement vérifié sa véracité expérimentalement".
Publication originale :
Lucas Schneider, Khai That Ton, Ioannis Ioannidis, Jannis Neuhaus-Steinmetz, Thore Posske, Roland Wiesendanger et Jens Wiebe : Proximity superconductivity in atom-by-atom crafted quantum dots, https://doi.org/10.1038/s41586-023-06312-0
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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