Le graphène force le courant à circuler dans un seul sens express
Un interrupteur qui sait tout seul dans quel sens laisser passer le courant. C'est ainsi que fonctionne une diode Josephson : un pont supraconducteur où le courant circule volontiers dans un sens, mais bute dans l'autre. Dans cette nouvelle étude, un tel pont a été réalisé en graphène, une feuille de carbone d'un seul atome d'épaisseur.
L'effet est apparu lorsqu'on a appliqué un faible champ magnétique au dispositif — quelques milliteslas à peine. C'est à peu près l'intensité du champ d'un petit aimant de frigo. Le redressement fonctionnait le mieux près des bandes sombres de la figure d'interférence, semblable aux ondulations produites par deux pierres jetées dans l'eau. Là, l'efficacité dépassait 20 % — un chiffre sérieux pour l'électronique supraconductrice.
Le modèle théorique a montré que la cause en est les potentiels de diffusion à longue portée. Autrement dit, les inhomogénéités dans le graphène lui-même. Même dans un matériau bidimensionnel ultra-pur, il reste de minuscules défauts, et ce sont eux qui brisent la symétrie miroir de la jonction. Sans cette brisure, l'effet diode ne se produirait pas.
Les auteurs supposent qu'il sera possible de contrôler l'asymétrie à l'aide de grilles externes. Ce sont des électrodes spéciales qui modifient le champ électrique dans la jonction. La diode deviendrait alors réglable : on tourne un bouton, et le courant se met à circuler dans l'autre sens.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2606.17673
Josephson diodes are non-reciprocal superconducting devices characterized by different switching currents depending on the current flow direction. They recently attracted considerable theoretical and experimental attention, in view of their possible application as rectifying elements in the field of superconducting electronics, and as probes to investigate symmetry breaking mechanisms in mesoscopic systems. In this work, we show that graphene Josephson junctions provide rectification of supercurrent with an efficiency exceeding 20%. The effect appears applying a mT out-of-plane magnetic field and is enhanced close to the nodes of the Fraunhofer interference pattern. Our theoretical model identifies long-range scattering potentials in the junction as the symmetry-breaking mechanism, which yields supercurrent rectification in highly transparent junctions. While graphene stands as an ultra-clean transmission medium, our work shows that unavoidable residual disorder in a clean two-dimensional system is sufficient to promote this effect. Tailoring of the inversion (mirror) symmetry breaking could be obtained via proper design of external gates.
La jonction Josephson porte le nom du physicien britannique Brian Josephson, qui a prédit l'effet en 1962 alors qu'il était doctorant. Pour cela, il a reçu le prix Nobel seulement 11 ans plus tard.