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Un courant non-dissipatif peut-il être bruyant ?


Un courant non-dissipatif peut-il être bruyant ?

Lorsque la taille d’un système électronique est suffisamment petite, son caractère quantique est révélé et de nouvelles propriétés apparaissent. Par exemple, lorsque deux électrodes supraconductrices sont séparées par un métal qui n’est pas supraconducteur, un courant non-dissipatif peut circuler. L’amplitude d’un tel « supercourant » dépend de la différence de phase entre les deux supraconducteurs.

 

Le supercourant est porté par des états hybrides appelés états d’Andreev. Ils sont peuplés par une superposition d’un électron et d’un trou corrélés appelée paire d’Andreev. La dépendance en phase des états d’Andreev a été mesurée récemment en appliquant un champ magnétique statique à un anneau hybride formé d’un métal normal et d’un supraconducteur. La phase étant proportionnelle au flux magnétique créé par ce champ dans la surface de l’anneau, Il est possible de contrôler la phase.

 

Image par microscopie électronique de l’échantillon qui a été mesuré : un anneau hybride (gros plan) Au (métal normal)/PdNb (supraconducteur) est inséré dans un résonateur (méandres).

 

Pour sonder plus avant les propriétés des états d’Andreev et en particulier leur dynamique, nous avons modulé la phase électronique à haute fréquence. On mesure alors la réponse du courant à cette excitation grâce à un résonateur. L’analyse de la dépendance en fréquence et en phase (sa composante continue) de la réponse a permis de mettre en évidence un processus de relaxation des paires d’Andreev. Celui-ci produit de la dissipation lorsque la phase oscille à fréquence finie alors que le système n’est pas dissipatif à fréquence nulle. Nous avons également relié ce processus de relaxation à des fluctuations de courant (« bruit ») grâce au théorème fluctuation-dissipation. Ce bruit de supercourant est contre-intuitif car habituellement les fluctuations sont observées dans des systèmes présentant une résistance à fréquence nulle or dans le cas présent il y a des fluctuations en l’absence de dissipation à fréquence nulle.

 

Gauche : Dépendance en phase de la réponse liée à la relaxation des paires d’Andreev qui correspond au bruit du supercourant. Les points correspondent au signal à 560 MHz et 1.35 GHz et la courbe en trait plein à la théorie. Droite : Dépendance en fréquence du bruit (symboles : expérience, trait plein : théorie). Il est non nul à fréquence nulle.

 

En bref, nous avons développé une technique originale qui permet d’étudier la dynamique d’un système cohérent en le perturbant très peu. Cela nous a permis de mettre en évidence un processus de relaxation des paires d’Andreev qui peut être associé à des fluctuations de supercourant. Cela ouvre également la voie à des mesures sur des systèmes plus exotiques comme des nanofils semiconducteurs possédant un fort couplage spin-orbite pour lesquels des propriétés nouvelles sont attendues.

 

Référence :

 

B. Dassonneville, M. Ferrier, S. Guéron and H. Bouchiat , Dissipation and Supercurrent Fluctuations in a Diffusive Normal-Metal/Superconductor Ring, Phys. Rev. Lett. 110, 217001 (2013)

 

Contact :

 

Meydi FERRIER (meydi.ferrier@u-psud.fr)