La supraconductivité induite par proximité dans un conducteur normal est un riche domaine d’investigations expérimentales et théoriques dans de nombreux systèmes. Au cours de la dernière décennie, il a été particulièrement au cœur de la recherche de la réalisation de modes topologiques dans des nanodispositifs hybrides supraconducteur-nanofil. Pourtant, et de manière très surprenante, il s’est avéré qu’il y avait un manque flagrant d’investigations dans des systèmes simples qui auraient dû être faites avant de se tourner vers des dispositifs hybrides plus complexes. C’est précisément ce qui est fait dans ce travail où l’on étudie un nanotube de carbone ultra-propre couplé à un contact supraconducteur, un système qui ne peut héberger de modes topologiques par conception.

Nous avons observé pour la première fois une prédiction de longue date de la théorie des matrices aléatoires (RMT), datant de 2001, selon laquelle les fluctuations mésoscopiques du mini-gap dans un conducteur suivent une distribution universelle. Fait intéressant, les fluctuations mésoscopiques du minigap devaient précisément conduire à des états de bord non topologiques omniprésents à énergie nulle. Nous avons en effet observé des pics de conductance à énergie nulle omniprésents et robustes dans notre système. Ce résultat va au-delà des études expérimentales récentes sur les états non topologiques dans les dispositifs à nanofils semi-conducteurs induits par proximité, car le nanofil semi-conducteur utilisé dans ces travaux avait une forte interaction spin-orbite intrinsèque et son rôle ne peut être exclu pour expliquer les pics de conductance à énergie nulle observés. Au lieu de cela, notre nanotube de carbone montre une faible interaction spin-orbite. Mais plus important encore, les prédictions RMT que nous confirmons sont très générales et doivent être présentes dans tout système présentant un désordre, même s’il est faible. Ce travail fournit ainsi le premier véritable étalon d’un dispositif supraconducteur-nanofil en situation élémentaire.

(Haut) Illustration du sytème montrant le nanofil avec un petit espacement de niveau, en contact avec un réservoir normal (vert) et un réservoir supraconducteur (marron). L’électrode de grille (bleue) est couplée capacitivement au nanofil. (En bas) Histogrammes normalisés du mini-gap pour B=0T et B=5T. La hauteur de la barre est la valeur de la fonction de densité de probabilité (PDF), normalisée de telle sorte que l’intégrale sur la plage soit 1. Les courbes sont les PDF de Wigner surmise (WS) en orange et de Tracy-Widom (TW) en bleu, avec des lignes pleines pour l’ensemble gaussien orthogonal (GOE) et des lignes pointillées pour l’ensemble gaussien unitaire (GUE).

 

En savoir plus :
https://www.nature.com/articles/s41467-022-33960-z

Informations complémentaires :
Laboratoire de physique de L’École normale supérieure (LPENS, ENS Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université de Paris)

Auteur correspondant : Matthieu Delbecq
Contact communication : L’équipe de communication