Des impuretés magnétiques diluées dans un supraconducteur produisent des états localisés dans l’espace et en énergie. La mesure du temps de vie de ces états aussi appelés états de Yu-Shiba-Rusinov (YSR) est cruciale pour une meilleure compréhension de leurs propriétés et de leurs applications en ingénierie quantique. Malheureusement, comme la largeur en énergie de ces états est généralement beaucoup plus petite que la résolution d’un microscope à effet tunnel standard, cette tâche s’est avérée difficile jusqu’à présent. En utilisant un microscope à effet tunnel à bruit de grenaille, les chercheurs du LPS ont dévoilé les détails du transport à travers ces états de YSR dans le NbSe2. Ils ont déterminé leur durée de vie et contourné ainsi les limites de la résolution en énergie de deux ordres de grandeur.
Les états d’impureté à l’intérieur d’un gap supraconducteur sont en principe parfaitement isolés, puisque tous les électrons du supraconducteur sont appariés. La question qui se pose est donc de savoir comment les électrons qui circulent dans ces états depuis la pointe d’un microscope à effet tunnel relaxent dans le supraconducteur. L’une des possibilités est qu’un trou soit renvoyé vers la pointe (réflexion d’Andreev), créant ainsi une nouvelle paire de Cooper (Figure). L’autre possibilité est que l’électron change d’énergie et parte dans le continuum par des processus inélastiques, en d’autres termes que l’état ait une durée de vie limitée en raison d’un couplage non nul avec le supraconducteur.
Les mesures conventionnelles ne permettent pas de distinguer facilement la réflexion d’Andreev et la relaxation inélastique, et la durée de vie intrinsèque est généralement masquée par un élargissement thermique beaucoup plus important. En utilisant des mesures de bruit de courant avec un microscope à effet tunnel, des chercheurs du Laboratoire de Physique des Solides à Orsay ont résolu ces deux problèmes. Ils montrent que les deux processus ont lieu simultanément et, à partir d’une modélisation théorique des données, ils peuvent directement extraire la durée de vie intrinsèque des états YSR. Ce travail vient d’être publié dans Physical Review Letters.
Figure. Les mesures du bruit montrent que le courant tunnel entre la pointe et les états localisés de Yu-Shiba-Rusinov produits par une impureté magnétique, fait intervenir deux processus indépendants qui ont lieu simultanément : l’effet tunnel d’un électron unique et la réflexion d’Andreev. Le bruit de grenaille est utilisé pour déterminer la durée de vie intrinsèque des états dans le gap.
Référence
Coherent and incoherent tunneling into Yu-Shiba-Rusinov states revealed by atomic scale shot-noise spectroscopy
U. Thupakula, V. Perrin, A. Palacio-Morales, L. Cario, M. Aprili, P. Simon and F. Massee
Phys. Rev. Lett. 128, 247001 (2022)
doi:10.1103/PhysRevLett.128.247001
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Freek Massee
