Couplage spin orbite de synthèse pour dispositifs à modes de Majorana

En 1937, Ettore Majorana prédit l’existence –qui reste en suspens aujourd’hui encore- d’une particule étrange qui est sa propre anti-particule. Grâce à une analogie fructueuse entre la physique des électrons relativistes et celle des supraconducteurs, il est attendu de pouvoir observer de tels objets sur puce. Les conditions requises pour mettre en oeuvre de tels dispositifs sont extrêmes : la supraconductivité doit être induite sous fort champ magnétique, dans un conducteur unidimensionnel, en présence d’un fort couplage spin-orbite. Ce dernier, un autre effet relativiste, est particulièrement rare mais la matière condensée recèle beaucoup de ressorts. Des électrons qui entrent dans une région où règne un fort champ magnétique et un fort couplage spin orbite sont soumis à un fort champ magnétique effectif qui oscille très vite dans l’espace. Imaginons de pouvoir être capable de générer un tel champ oscillant. Par raison inverse, il serait équivalent au fort couplage spin orbite requis. C’est ce que le groupe de physique mésoscopique avec le groupe de théorie de l’axe MDQ, en collaboration avec des collègues du LPS Orsay, ont réalisé pour la première fois, grâce à l’utilisation d’une texture magnétique proche d’un nanotube de carbone connecté à des électrodes supraconductrices. Ce travail constitue une étape importante pour l’isolation et la manipulation de modes de Majorana qui, du fait de leur statistique non-abélienne, pourraient avoir un impact important dans le domaine de l’information quantique topologiquement protégées.

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Figure : Image d’artiste du dispositif qui implémente un couplage spin orbite de synthèse.

En savoir plus :
[1] Desjardins, M.M., Contamin, L.C., Delbecq, M.R. et al. Synthetic spin–orbit interaction for Majorana devices. Nat. Mater. 18, 1060–1064 (2019).

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


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