Une nouvelle méthode pour contrôler les états liés quantiques dans un dispositif supraconducteur

Des chercheurs ont réussi à contrôler les propriétés mécaniques quantiques des états liés d’Andreev dans des jonctions Josephson à base de graphène bicouche en utilisant la tension de grille. Leurs recherches sont publiées dans Lettres d’examen physiqueL’équipe de recherche comprend les professeurs Gil-Ho Lee et Gil Young Cho du département de physique de l’université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) en Corée du Sud, en collaboration avec le Dr Kenji Watanabe et le Dr Takashi Taniguchi de l’Institut national des sciences des matériaux (NIMS) au Japon.

Les supraconducteurs sont des matériaux qui présentent une résistance électrique nulle dans des conditions spécifiques telles que des températures extrêmement basses ou des pressions élevées. Lorsqu’un conducteur normal très fin est placé entre deux supraconducteurs, un supercourant traverse le conducteur normal en raison de l’effet de proximité où la supraconductivité s’étend dans le conducteur normal. Cet appareil est connu sous le nom de jonction Josephson.

Au sein du conducteur normal, de nouveaux états quantiques appelés états liés d’Andreev se forment, qui sont cruciaux pour la médiation du flux de supercourant.

Le nombre de niveaux d’énergie dans les états liés d’Andreev, qui détermine les propriétés électriques d’une jonction Josephson, dépend du rapport entre la longueur du canal de conduction (la longueur du conducteur normal) et la longueur de cohérence supraconductrice (la longueur le long de laquelle l’état supraconducteur peut être maintenu dans le conducteur normal).

Lorsque le canal de conduction est court et que le nombre de niveaux d’états liés d’Andreev est limité à une paire, on dit que le système se trouve dans la limite de jonction courte. Inversement, s’il y a plus de deux paires, on parle de limite de jonction longue.

Dans cette étude, l’équipe de recherche a utilisé la tension de grille pour contrôler la dispersion d’énergie quadratique du graphène bicouche ainsi que la longueur de cohérence supraconductrice en temps réel. En utilisant la spectroscopie à effet tunnel développée dans leurs travaux précédents, ils ont observé le changement des états liés d’Andreev à différentes tensions de grille en temps réel et ont confirmé que les résultats expérimentaux correspondaient aux prédictions théoriques.

Geon-Hyoung Park, auteur principal et chercheur au Centre de recherche et d’enseignement sur les dispositifs d’information quantique de POSTECH, a déclaré : « Nous avons observé les états liés d’Andreev dans la limite de la jonction Josephson longue, un phénomène principalement observé dans la limite de la jonction Josephson courte. Nous prévoyons que le nombre de niveaux d’énergie peut être facilement ajusté en appliquant uniquement la tension de grille, offrant des applications potentielles dans divers domaines tels que l’informatique quantique et les capteurs quantiques de haute précision. »