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Des nanofils supraconducteurs à haute inductance cinétique


Des efforts conjoints impliquant deux équipes du LPS ont démontré que le dépôt de matériaux supraconducteurs assisté par faisceau d’ions Hélium (He-FIB) peut être utilisé pour concevoir et déposer des nano-objets supraconducteurs avec un processus d’écriture directe polyvalent. En particulier, des nanofils très minces (5 nm), étroits (35 nm) et longs (400 µm) ont pu être réalisés et possèdent une inductance cinétique très élevée (250 fois plus grande que l’inductance géométrique).

Cette avancée technologique a été rendue possible par les propriétés uniques et la stabilité du microscope à faisceau d’ions hélium focalisé (He-FIB) récemment acquis par le LPS avec le C2N et le SPEC. Les nanofils ainsi réalisés permettent d’envisager de nouvelles applications dans le domaine des circuits quantiques supraconducteurs.

En effet, les matériaux supraconducteurs à haute inductance cinétique ont un impact croissant dans le domaine des circuits quantiques supraconducteurs. Utilisés dans la gamme des fréquences micro-ondes, ils permettent de concevoir des circuits à haute impédance qui se sont révélés être un moyen efficace d’augmenter la durée de vie des qubits supraconducteurs ou de coupler la charge électronique et les spins aux photons micro-ondes.

Jusqu’à présent, ces matériaux étaient constitués de réseaux de jonctions Josephson, de films minces désordonnés de composés métalliques (NbN, TiN …), d’aluminium granulaire ou de semi-conducteurs supraconducteurs. Leur utilisation nécessite généralement une étape de miniaturisation utilisant la lithographie électronique, ce qui a jusqu’à présent réduit leur domaine d’application.

Dans ce travail, les chercheurs du LPS ont mis au point un nouveau type de résonateur hybride hyperfréquence dans lequel la partie inductive est un nanofil de tungstène supraconducteur fabriqué par dépôt assisté sous faisceau d’ions hélium focalisés. Grâce à la grande inductance cinétique du nanofil, le résonateur est non linéaire (120 Hz / photon) et possède un facteur de qualité raisonnablement élevé (4000).

(a) Image par microscopie électronique à balayage de trois résonateurs coplanaires couplés à une ligne de transmission micro-ondes. (b) Nanofil typique de tungstène déposé grâce au FIB hélium. (c) Dépendance en température de la résonance micro-ondes. Le fort décalage en fréquence est typique de résonateurs à forte inductance cinétique.

Référence

High kinetic inductance microwave resonators made by He-Beam assisted deposition of tungsten nanowires
J. Basset, D. Watfa, G. Aiello, M. Féchant, A. Morvan, J. Estève, J. Gabelli, M. Aprili, R. Weil, A. Kasumov, H. Bouchiat, R. Deblock
Appl. Phys. Lett. 114, 102601 (2019)
doi:10.1063/1.5080925

Contact

Julien Basset