Des chercheurs ont créé des dispositifs électroniques en graphène qui sont à la fois isolants et supraconducteurs, dans différentes parties du matériau.

Le graphène est de plus en plus étrange. Des ingénieurs de l’ETH Zurich ont réussi à modifier ce matériau surdimensionné de sorte que certaines parties d’un flocon puissent être un isolant électrique tandis que d’autres agissent comme un supraconducteur, à quelques nanomètres d’intervalle. L’équipe a démontré cette avancée en fabriquant des composants électroniques à partir de graphène.

Malgré tous ses superpouvoirs, le graphène est d’une simplicité trompeuse : il s’agit d’une feuille bidimensionnelle d’atomes de carbone réticulés. Mais cela en fait un excellent conducteur d’électricité et de chaleur, et il est super solide et flexible par-dessus le marché.

Mais en 2018, une équipe du MIT a découvert un nouvel aspect étrange de cette histoire. En empilant deux couches de graphène, puis en les tordant à 1,06 degré près, le matériau est devenu isolant – jusqu’à ce qu’une certaine tension soit appliquée, auquel cas il est soudainement devenu supraconducteur.

Connue sous le nom de « graphène bicouche torsadé à angle magique » (magic angle twisted bilayer graphene), cette forme spécifique du matériau s’est avérée par la suite présenter une forme de magnétisme inédite. Dans une autre étude, les chercheurs ont constaté que les effets étaient plus prononcés si plusieurs feuilles étaient empilées.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs de l’ETH Zurich ont montré qu’ils pouvaient transformer une seule lamelle de ce graphène en un isolant et un supraconducteur à la fois, les différentes sections affichant des propriétés différentes à quelques nanomètres d’intervalle.

L’équipe a démontré la nouvelle technique du graphène en réalisant des jonctions Josephson, des dispositifs où deux supraconducteurs sont séparés par un isolant ultrafin.

Pour que le graphène change de conductivité, l’équipe applique des tensions différentes à différentes zones. Ce faisant, ils sont parvenus à créer des jonctions Josephson, des composants électroniques constitués de deux supraconducteurs séparés par un mince isolant. Une infime partie du courant traverse l’isolant, grâce à la bizarrerie de l’effet tunnel quantique.

Normalement, ces jonctions sont réalisées à l’aide de plusieurs matériaux différents, mais les chercheurs ont réussi à en construire une sur une seule lamelle de graphène. L’équipe prévoit ensuite de créer un composant plus avancé, appelé dispositif d’interface quantique supraconducteur (SQUID), composé de deux jonctions Josephson connectées en forme d’anneau. Ces dispositifs pourraient être utiles pour construire des ordinateurs quantiques.

https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2021/05/a-material-keyboard-made-of-graphene.html