Un pont où piétons et cyclistes circulent dans le même flux sans se gêner. C'est à peu près ainsi que fonctionnent les systèmes hybrides associant supraconducteurs et semi-conducteurs : les uns transportent le courant sans perte, les autres contrôlent ce courant. Mais pour construire un tel pont, il faut un supraconducteur qui ne craint pas les champs magnétiques intenses et qui ne détruit pas la fragile base semi-conductrice lors de la fabrication.
Les auteurs de l'étude ont trouvé un matériau adapté : un alliage de platine, d'iridium, de germanium et de silicium (PtIrSiGe). Il reste supraconducteur même sous un champ magnétique de 1,9 tesla, soit environ 40 000 fois plus intense que le champ magnétique terrestre. De plus, il peut être déposé sur une plaque de germanium chauffée à 500 degrés, et la fine couche conductrice à l'intérieur de la plaque conserve sa mobilité exceptionnelle de 1,3 million de centimètres carrés par volt-seconde. Pour comparaison, le silicium utilisé dans les processeurs classiques a une mobilité des centaines de fois inférieure.
Les chercheurs ne se sont pas contentés de créer le matériau : ils l'ont testé en conditions réelles en construisant une jonction Josephson, un élément clé de l'électronique supraconductrice. Cette jonction agit comme un interrupteur très précis qui réagit au champ magnétique. En réalité, ils ont assemblé un circuit quantique simple : un SQUID (dispositif supraconducteur à interférences quantiques), capable de détecter des signaux magnétiques extrêmement faibles.
Ce pont supraconducteur relie le monde de la haute mobilité du germanium à celui des champs magnétiques intenses. Il ouvre ainsi la voie à de nouveaux dispositifs quantiques, des qubits topologiques aux interfaces entre systèmes supraconducteurs et systèmes à spin.
Le germanium a été le premier matériau sur lequel un transistor a fonctionné en 1947, mais il a ensuite été presque supplanté par le silicium. Aujourd'hui, grâce à sa capacité à former des couches ultrapures avec une mobilité record, le germanium fait son retour en force dans la science, cette fois pour les technologies quantiques.
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, des SQUID supraconducteurs sont utilisés pour détecter les champs magnétiques du cerveau, une technologie qui se rapproche grâce à des matériaux comme celui décrit dans cet article.