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Injection de porteurs de charge supraconducteurs dans du graphène

Des chercheurs à l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thales ont observé expérimentalement l’injection de porteurs de charge supraconducteurs dans du graphène depuis un supraconducteur à haute température critique. L’effet peut être modulé par une grille électrostatique via des interférences quantiques.

La supraconductivité peut être induite dans un matériau normal (non supraconducteur) par la « fuite » de paires d’électrons supraconducteurs venant d’un supraconducteur adjacent. C’est l’effet de proximité. Si le matériau normal est du graphène, sa structure électronique très particulière influence fortement cet effet. Par exemple, on peut observer des formes exotiques du mécanisme de fuite des paires (la réflexion d’Andreev). Au-delà de l’intérêt fondamental, il en découle un potentiel technologique : la possibilité de moduler un super-courant (à travers du graphène) à l’aide d’une tension de grille, une sorte d’effet « transistor supraconducteur ». En dépit de l’attrait des supraconducteurs à haute température critique dans ce contexte, les réalisations expérimentales ont été exclusivement faites avec des supraconducteurs à basse température critique. Les travaux réalisés à l’Unité Mixte de Physique démontrent l’effet de proximité entre un supraconducteur à haute température critique et du graphène. Dans ces expériences, les effets de la grille électrostatique sont dus à la transmission parfaite des paires supraconductrices à travers une barrière d’énergie (effet tunnel de Klein) qui est modulée pas des interférences quantiques contrôlées par le dopage du graphène. Il est remarquable que ce type d’interférences domine le transport même sans l’utilisation d’un graphène extrêmement propre, contrairement au cas des supraconducteurs à basse température critique. Ces résultats ouvrent la voie d’une nouvelle famille de dispositifs de type Josephson modulables par une grille électrostatique à haute température critique, et reposant sur l’utilisation de graphène grande échelle.

David Perconte et al. Nature Physics ( DOI : 10.1038/NPHYS4278)