Une poignée magnétique pour l'orchestre supraconducteur ✛

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Un supraconducteur ressemble à un orchestre qui joue sans une seule fausse note, jusqu'à ce que le chef tourne le bouton d'accord. Dans cette nouvelle étude, ce bouton s'est avéré être l'histoire magnétique des contacts en nickel. Les chercheurs ont créé des micromembranes supraconductrices à partir des oxydes LaAlO3 et SrTiO3, où une fine couche d'électrons libres apparaît à l'interface des deux matériaux : un gaz d'électrons bidimensionnel. Des contacts en nickel ferromagnétique ont été connectés à cette couche cachée par le biais de la paroi latérale, ce qui était auparavant considéré comme presque impossible.

Les trois dispositifs sont passés à l'état supraconducteur à des températures comprises entre 100 et 200 millikelvins, c'est-à-dire juste au-dessus du zéro absolu. Le courant circule dans un tel conducteur sans résistance, comme l'eau dans un tuyau parfaitement lisse. Mais à proximité se trouvent des contacts en nickel aimantés, et leur champ magnétique perturbe le mouvement des électrons en paires. Il s'est avéré qu'un champ magnétique externe peut compenser précisément cette influence : la résistance tombait à zéro non pas en champ nul, mais avec un décalage d'environ 45 milliteslas dans un sens ou dans l'autre.

Le champ magnétique des contacts agit sur les électrons comme un vent latéral sur un coureur. Avec un champ dirigé dans le plan de la membrane, le courant critique s'est avéré environ cinq fois plus grand qu'avec un champ perpendiculaire. La raison est simple : le champ de fuite des fines couches de nickel est plus faible dans le plan, donc les électrons peuvent plus facilement maintenir leur danse en couple. Les chercheurs ont construit un modèle qui relie le champ externe, l'aimantation des contacts et le champ effectif ressenti par le supraconducteur. Le coefficient de couplage était de 1.69×10⁻⁷ henry par mètre, ce qui a permis de reconstruire la boucle d'hystérésis du nickel directement à partir des mesures de transport.

Auparavant, on ne savait pas si l'on pouvait connecter des contacts ferromagnétiques à un gaz bidimensionnel supraconducteur sur une interface enterrée sans détruire la supraconductivité. Maintenant, on a montré que c'est possible. De plus, l'état magnétique des contacts agit comme un bouton de réglage : en le tournant, on modifie le champ effectif dans le gaz bidimensionnel et on contrôle le courant critique. C'est la première fois qu'un supraconducteur et un ferromagnétique coexistent dans une même micromembrane d'oxyde avec un contact latéral.

L'orchestre de la première phrase sonne désormais différemment. Nous n'écoutons pas seulement sa musique, nous pouvons tourner le bouton de réglage en sachant que chaque note dépend de la façon dont on a tourné le bouton auparavant. La prochaine étape est d'apprendre à contrôler deux contacts indépendamment, afin d'obtenir une transition ferromagnétique–supraconducteur–ferromagnétique et de vérifier si des paires de Cooper triplets y naissent. Alors, la spintronique supraconductrice cessera d'être une promesse pour devenir un outil de travail.