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Refroidissement micro-ondes de la Phase Josephson


Refroidissement micro-ondes de la Phase Josephson

La lumière est utilisée depuis plusieurs années par les physiciens pour refroidir des atomes, des ions et plus récemment des oscillateurs mécaniques. La pression de radiation exercée par le choc des photons sur un miroir d’un interféromètre Fabry-Perot libre d’osciller, peut amortir le mouvement brownien de ce miroir et donc sa température effective.

 

En effet, le nombre de photons dans la cavité qui forme l’interféromètre dépend du décalage entre la longueur d’onde des modes de la cavité et celle de la lumière incidente. La puissance lumineuse est maximale à la résonance et par conséquent la pression de radiation sur le miroir dépend de sa position : la position du miroir et l’amplitude du champ électromagnétique dans la cavité son dynamiquement couplés. Pour des cavités de grande finesse, le délai entre position du miroir et flux lumineux produit un amortissement supplémentaire du mouvement du miroir. Comme pour le refroidissement Doppler, le signe du décalage entre la longueur d’onde des modes de la cavité et celle de la lumière se traduit dans le signe de l’amortissement. Un décalage négatif renforce l’amortissement, un décalage positif le réduit. Ce qui correspond, respectivement, à des amplitudes d’oscillations plus petites ou plus grandes. C’est ainsi que d’une façon étonnante, la puissance optique injectée dans l’interféromètre peut « refroidir » ou « réchauffer » les modes du miroir.

 

La différence de phase entre les fonctions d’ondes macroscopiques de deux supraconducteurs faiblement couplés (jonction Josephson) est aussi un dégré de liberté macroscopique. Une équipe du laboratoire de physique des solides a montré qu’il est alors possible d’utiliser des photons micro-ondes pour réaliser des situations hors équilibre très similaires à celles réalisées avec des oscillateurs mécaniques. En effet, lorsqu’une jonction Josephson est couplée avec une cavité micro-onde caractérisée par un grand facteur de qualité, les oscillations de la phase Josephson dédoublent les fréquences de résonance de la cavité : on parle de bandes latérales. En retour, si le dispositif est irradié dans ces bandes latérales, le champ micro-ondes agit sur la dynamique de la phase Josephson d’une manière équivalente à la pression de radiation sur le miroir d’une cavité optique. En particulier à travers les processus inélastiques il est possible d’amortir ou d’amplifier l’amplitude des oscillations de la phase et donc de réduire ou d’accroître sa température effective.

 

Dans leurs expériences, la température effective de la phase Josephson est obtenue par le biais de la largeur des histogrammes du courant critique de la jonction. De manière plus générale, ce type de dispositif permet d’étudier l’intrication quantique entre photons micro-ondes et plasmons d’Anderson.

 

 

Figure. Refroidissement de phase supraconductrice dans une jonction Josephson. Une jonction étendue est aussi une cavité micro-ondes non linéaire. a) Vue artistique de la jonction ainsi que des modes électromagnétiques à travers la barrière isolante. Analogie avec un interféromètre Fabry-Perot b) Mesure du courant critique en fonction de la fréquence de la radiation micro-onde. Cette mesure permet d’effectuer une spectroscopie fine de la cavité et montre le premier mode de la cavité ainsi que les bandes latérales dues au couplage avec le courant Josephson qui fait fonction de milieu non linéaire. c) La largueur des histogrammes du courant critique diminue en augmentant la puissance micro-onde dans la bande latérale négative. Des histogrammes plus étroits indiquent une température effective de la phase plus basse.

 

Référence  : J. Hammer, M. Aprili, and I. Petkovic Phys. Rev. Lett. 107, 017001 (2011)

 

Contact :

 

Marco Aprili (aprili@lps.u-psud.fr)