Transport non-local dans les nanostructures hybrides

La perspective à long terme de nos recherches est de décrire sur le plan théorique une source de paire d’électrons corrélés qui pourrait être utilisée dans de futurs circuits de l’information quantique. On peut imaginer des dispositifs futurs exploitant l’intrication, c’est-à-dire des corrélations quantiques non locales. Par exemple la non-localité de ma mécanique quantique a jusqu’à présent été testée avec des photons (de masse nulle), et peut-être pourra-t-on un jour réaliser ce test avec des particules massives comme des électrons.

L’idée que nous suivons a consisté à proposer des expériences de dispositifs préfigurant une telle source de paires d’électrons corrélés, et maintenant notre objectif est de comprendre en détail les expériences déjà réalisées.

Les dispositifs que nous étudions théoriquement visent à extraire des paires de Cooper résidant dans un supraconducteur, de telle sorte que les deux électrons d’une paire passent dans des électrodes normales ou ferromagnétiques différentes. Le dispositif-type est une tricouche entre un métal normal, un métal supraconducteur et une autre électrode normale.



L’objectif est de caractériser la réponse "non locale" en courant, c’est-à-dire comment le courant I_a dans l’électrode normale "a" dépend de la tension appliquée V_b sur l’autre électrode "b". Un canal possible de transport non local est représenté sur la figure : des paires de Cooper du supraconducteur se séparent entre les deux électrodes normales, donnant ainsi lieu à des paires d’électrons enchevêtrés et séparés spatialement. L’enchevêtrement correspond à une intrication de spin, c’est-à-dire à la possibilité de corrélations de type singulet entre des électrons se trouvant physiquement dans deux électrodes normales différentes. Mesurer par exemple la polarisation en spin du courant dans l’électrode "a" peut avoir comme effet de projeter la fonction d’onde comme pour le paradoxe Einstein, Podolsky, Rosen.

Notons que les expériences déjà réalisées par trois groupes à Karlsruhe, Delft et NorthWestern University (par ordre chronologique) mettent clairement en évidence des effets non locaux comme l’avaient prédits les premières propositions. Mais de nombreux nouveaux effets inattendus sont apparus. Du point de vue des expériences actuelles, il s’agit de ce que l’on pourrait appeler une "non localité du pauvre", c’est-à-dire d’un courant dans une électrode piloté par une tension dans une autre électrode. Il n’existe pas à l’heure actuelle d’évidence directe de véritable intrication au sens du paradoxe Einstein-Podolsky-Rosen de la mécanique quantique. Notre objectif est de revisiter la théorie de la supraconductivité mésoscopique en lien avec ces expériences, et en particulier les effets d’interaction et de désordre à l’échelle de quelques dizaines nanomètres dans un supraconducteur.

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