Une équipe de chercheurs du Laboratoire de Physique des Solides (LPS) a démontré que dans les transistors à effet de champ Josephson métalliques, la statistique du flot d’électrons dû au courant de fuite de grille est imprimée sur le courant de commutation Josephson et explique sa réduction.
La découverte récente et inattendue qu’une électrode de grille pourrait modifier un supercourant dans des systèmes purement métalliques a attiré beaucoup d’attention dans la communauté de la physique de la matière condensée, tant du point de vue théorique qu’expérimental. Typiquement, cet effet est observé dans les nanofils de vanadium et de titane, les constrictions supraconductrices de niobium ou même les jonctions Josephson supraconducteur-métal normal-supraconducteur (SNS). Dans tous les cas, les dispositifs ont été caractérisés en termes d’efficacité transistor pour l’électronique cryogénique à faible consommation.
Au-delà de telles applications pratiques, la compréhension de la dynamique des excitations de quasi-particules dans un supraconducteur à tension de grille reste largement débattue. Dans un article publié dans Physical Review Research, une équipe de chercheurs du LPS a étudié la réduction du supercourant induite par la grille dans une jonction Josephson métallique nanométrique dédiée contenant une sonde locale de la température électronique. Ils ont démontré sans ambiguïté que de rares électrons de haute énergie fuient de la grille et déclenchent la réduction du supercourant, un scénario entièrement compatible avec de nombreuses études antérieures. Cette découverte a été rendue possible en caractérisant à très basse température (100 mK) les histogrammes de commutation en fonction de la tension de grille, une mesure de la probabilité pour une jonction de passer d’un état supraconducteur à un état résistif à une polarisation de courant particulière. L’équipe a démontré que la statistique du flux d’électrons donné par le courant de fuite de grille était imprimée sur le courant de commutation Josephson tout en préservant une basse température électronique. Ce travail conclut des années de résultats expérimentaux intensément débattus et propose un scénario concis et vérifié qui clôt une brève histoire ouverte en 2018.
Figure. Taux de commutation hors de l’état supraconducteur d’une jonction Josephson métallique diffusive soumise à des tensions de grille croissantes. Le petit courant de fuite des quasiparticules à haute énergie est responsable d’une augmentation des taux réduisant ainsi le supercourant. En médaillon : Image au microscope électronique à balayage de l’échantillon mesuré contenant une jonction métallique SNS Josephson, une électrode de grille G et une jonction tunnel TJ pour sonder la température électronique.
Référence
Gate-assisted phase fluctuations in all-metallic Josephson junctions
J. Basset, O. Stanisavljević, M. Kuzmanović, J. Gabelli, C. H. L. Quay, J. Estève, and M. Aprili
Physical Review Research
doi: 10.1103/PhysRevResearch.3.043169
Contacts
Julien Basset
Marco Aprili
