Quadruple danse des paires dans le graphène express
Dans un supraconducteur, les électrons se déplacent par paires, comme des couples de danseurs. En général, une seule paire traverse un contact entre deux supraconducteurs à la fois. Mais si l'on ajoute un troisième contact, la danse se complique : deux paires peuvent se mouvoir ensemble, formant un quatuor. C'est précisément cette résonance quadruple qui a été observée pour la première fois dans une jonction en graphène à trois bornes.
Les scientifiques ont mesuré comment le courant varie lorsqu'on modifie les phases aux contacts. La phase est la position de l'onde électronique, comme la phase de la Lune. Lorsque deux phases coïncidaient d'une manière particulière, des chutes brusques apparaissaient dans le spectre. Ces chutes se déplaçaient le long de trajectoires fermées autour d'un tore — un beignet formé par les deux phases. Cet enroulement indique une nature topologique : les quatuors de paires se comportent comme un nœud impossible à défaire sans le rompre.
Cette découverte montre que les dispositifs supraconducteurs à multiples contacts peuvent générer des états impossibles dans les jonctions classiques à deux contacts. À terme, de tels systèmes pourraient aider à concevoir de nouveaux matériaux quantiques et, peut-être, des qubits topologiques pour les ordinateurs quantiques.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.18036
Multiterminal Josephson junctions offer a powerful playground for exploring exotic superconducting and topological phenomena beyond the reach of conventional two-terminal devices. In this work, we present the direct spectroscopic observation of Cooper quartet resonances, a signature of correlated tunneling of two Cooper pairs across the device, in a graphene three-terminal Josephson junction (3TJJ). Using tunneling spectroscopy, we visualize how Andreev bound states (ABS) evolve across a two-dimensional superconducting phase space, controlled by the two independent phase differences in the 3TJJ. These measurements reveal sharp local minima in the differential conductance spectra locked in a specific phase condition of superconducting phase variables. The resulting quantized trajectories around the compact torus of the superconducting phase variables reveal an underlying topological winding in the multipair transport. To interpret our results, we develop a theoretical model that connects the observed quartet resonances to the coherent hybridization of multiple ABS branches, a hallmark of the rich pairing process enabled by multiterminal geometries. Our results highlight the potential of multiterminal superconducting devices to host engineered superconducting states and pave the way for new approaches to topological band structure design based on phase-controlled, higher-order superconducting transport.
La résonance quadruple, c'est comme si quatre personnes se tenaient par la main et tournaient, leur danse commune n'étant visible que pour une certaine musique (phase).
Dans la série « The Expanse », les matériaux supraconducteurs permettent aux vaisseaux de supporter des accélérations extrêmes — les jonctions à multiples contacts pourraient être un pas vers de telles technologies.