Des granulés d'aluminium contre le champ magnétique express
Un supraconducteur ordinaire et un champ magnétique, c'est comme l'eau et le feu : le champ déchire les paires d'électrons qui transportent le courant sans résistance. Mais si, au lieu d'un film continu, on prend une poussière de minuscules grains d'aluminium, chacun recouvert d'une fine couche d'oxyde, la donne change. Ces granulés, déposés sur une plaque de germanium et de silicium, résistent à un champ dirigé aussi bien le long que perpendiculairement à la surface.
Dans l'expérience, la couche d'aluminium granulé a montré une nette bande interdite supraconductrice avec des pics à une énergie de 305 microélectronvolts — c'est comme une empreinte digitale prouvant que la supraconductivité est réelle. De plus, la bande interdite persistait dans un champ magnétique qui la supprime habituellement. Grâce à cette robustesse, les niveaux d'énergie des impuretés ont pu être séparés de plus de 50 microélectronvolts (soit une fréquence d'environ 12 gigahertz) — un effet nécessaire pour contrôler les spins.
Une telle robustesse ouvre la voie à la création de bits quantiques à base de structures supraconductrices et semi-conductrices. En contrôlant le champ magnétique, on peut ajuster l'interaction des spins — les « aiguilles » internes des électrons — et construire des dispositifs quantiques plus fiables.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.21364
In superconductor-semiconductor hybrid structures, superconductivity and spin polarization are competing effects because magnetic fields break Cooper pairs. They can be combined using thin films and in-plane magnetic fields, an approach that enabled the pursuit of Majorana zero modes, Kitaev chains, and Andreev spin qubits (ASQs), but remains challenging for materials with small in-plane g-factors. Here we show that granular aluminum (grAl), composed of nanometer-scale aluminum grains embedded in an amorphous oxide matrix, can overcome this limitation. By depositing grAl on Ge/SiGe heterostructures, we induce a hard superconducting gap with BCS peaks at 305 $$\mu$$eV and magnetic-field resilience for both the in-plane and out-of-plane directions, allowing Zeeman splitting of Yu-Shiba-Rusinov (YSR) states beyond 50 $$\mu$$eV (12 GHz). Leveraging this robustness, we reveal signatures of hole physics and demonstrate g-tensor tunability.
L'aluminium granulé est obtenu en déposant des vapeurs d'aluminium dans une atmosphère d'oxygène — le métal se condense alors en grains minuscules, chacun étant immédiatement enveloppé d'une coquille d'oxyde.