Une équipe de physiciens dirigée par l’Université du Minnesota a découvert que le diséléniure de niobium (NbSe2), un métal supraconducteur unique, est plus résistant lorsqu’il est utilisé en couche très mince. Le diagramme ci-dessus illustre les différents états supraconducteurs des ondes s, p et d dans le métal. Crédit : Alex Hamill et Brett Heischmidt, Université du Minnesota
Le matériau pourrait être utilisé dans de futures applications d’informatique quantique.
Une équipe internationale de physiciens dirigée par l’Université du Minnesota a découvert qu’un métal supraconducteur unique est plus résistant lorsqu’il est utilisé comme une couche très mince. La recherche est la première étape vers un objectif plus large de compréhension des états supraconducteurs non conventionnels dans les matériaux, qui pourraient éventuellement être utilisés dans l’informatique quantique à l’avenir.
La collaboration comprend quatre membres du corps professoral de l’École de physique et d’astronomie de l’Université du Minnesota – le professeur associé Vlad Pribiag, le professeur Rafael Fernandes et les professeurs adjoints Fiona Burnell et Ke Wang – ainsi que des physiciens de l’Université Cornell et de plusieurs autres institutions. L’étude est publiée dans Physique de la nature, une revue scientifique mensuelle à comité de lecture publiée par Nature Research.
Le diséléniure de niobium (NbSe2) est un métal supraconducteur, ce qui signifie qu’il peut conduire l’électricité ou transporter des électrons d’un atome à l’autre, sans résistance. Il n’est pas rare que les matériaux se comportent différemment lorsqu’ils sont de très petite taille, mais le NbSe2 a des propriétés potentiellement bénéfiques. Les chercheurs ont découvert que le matériau sous forme 2D (un substrat très mince de seulement quelques couches atomiques d’épaisseur) est un supraconducteur plus résistant car il présente une symétrie double, ce qui est très différent des échantillons plus épais du même matériau.
Motivés par la prédiction théorique de Fernandes et Burnell sur la supraconductivité exotique dans ce matériau 2D, Pribiag et Wang ont commencé à étudier des dispositifs supraconducteurs 2D atomiquement minces.
“Nous nous attendions à ce qu’il ait un motif de rotation six fois, comme un flocon de neige”, a déclaré Wang. “Malgré la structure sextuple, il n’a montré qu’un comportement double dans l’expérience.”
« C’était l’une des premières fois [this phenomenon] a été vu dans un matériau réel », a déclaré Pribiag.
Les chercheurs ont attribué la symétrie de rotation double nouvellement découverte de l’état supraconducteur dans le NbSe2 au mélange entre deux types de supraconductivité étroitement concurrents, à savoir le type d’onde s conventionnel – typique du NbSe2 en vrac – et un d- ou p- non conventionnel. mécanisme de type qui émerge dans le NbSe2 à quelques couches. Les deux types de supraconductivité ont des énergies très similaires dans ce système. Pour cette raison, ils interagissent et se font concurrence.
Pribiag et Wang ont déclaré avoir appris plus tard que des physiciens de l’Université Cornell examinaient la même physique en utilisant une technique expérimentale différente, à savoir des mesures par effet tunnel quantique. Ils ont décidé de combiner leurs résultats avec la recherche Cornell et de publier une étude complète.
Burnell, Pribiag et Wang prévoient de s’appuyer sur ces résultats initiaux pour étudier plus avant les propriétés du NbSe2 atomiquement mince en combinaison avec d’autres matériaux 2D exotiques, ce qui pourrait finalement conduire à l’utilisation d’états supraconducteurs non conventionnels, tels que la supraconductivité topologique, pour construire quantique des ordinateurs.
“Ce que nous voulons, c’est une interface complètement plate à l’échelle atomique”, a déclaré Pribiag. “Nous pensons que ce système sera en mesure de nous donner une meilleure plate-forme pour étudier les matériaux afin de les utiliser pour des applications d’informatique quantique.”
Référence : « Supraconductivité à double symétrie dans le NbSe à quelques couches2“Par Alex Hamill, Brett Heischmidt, Egon Sohn, Daniel Shaffer, Kan-Ting Tsai, Xi Zhang, Xiaoxiang Xi, Alexey Suslov, Helmuth Berger, László Forró, Fiona J. Burnell, Jie Shan, Kin Fai Mak, Rafael M. Fernandes , Ke Wang et Vlad S. Pribiag, 15 avril 2021, Physique de la nature.
DOI : 10.1038/s41567-021-01219-x
En plus de Pribiag, Fernandes, Burnell, Wang, la collaboration comprenait les étudiants diplômés en physique de l’Université du Minnesota Alex Hamill, Brett Heischmidt, Daniel Shaffer, Kan-Ting Tsai et Xi Zhang ; Les membres du corps professoral de l’Université Cornell Jie Shan et Kin Fai Mak et l’étudiant diplômé Egon Sohn; Helmuth Berger et László Forró, chercheurs à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse ; Alexey Suslov, chercheur au National High Magnetic Field Laboratory à Tallahassee, Floride ; et Xiaoxiang Xi, professeur à l’Université de Nanjing en Chine.
La recherche de l’Université du Minnesota a été financée principalement par la National Science Foundation (NSF) par l’intermédiaire du Centre de recherche sur les matériaux et l’ingénierie de l’Université du Minnesota (MRSEC). La recherche à Cornell a été soutenue par l’Office of Naval Research (ONR) et la NSF. Les travaux en Suisse ont été soutenus par le Fonds national suisse de la recherche scientifique.
