A l’Institut Weizmann des sciences, l’un des plus célèbres instituts de recherche israéliens, un nouveau record mondial vient d’être battu. Nanotechnologies
Un SQUID qui bat tous les records
En effet, des chercheurs de viennent d’y mettre au point un SQUID, appareil de mesure du champ magnétique, plus petit et plus puissant que tous ses prédécesseurs. Ce sont ces caractéristiques qui ont permis à cet instrument de faire l’objet d’une publication dans le très prestigieux journal scientifique Nature Nanotechnology.
SQUID et supraconductivité
SQUID est un acronyme anglais pour « Superconducting Quantum Interference Device ». Le terme « Superconducting » est employé ici car ce magnétomètre utilise le principe de supraconductivité. Pour comprendre ce qu’est la supraconductivité, il est nécessaire d’être familier avec la notion de résistance électrique. Pratiquement tous les matériaux présentent une résistance électrique. Cette dernière correspond à la dissipation d’énergie lorsqu’un courant électrique traverse le matériel considéré. La valeur de cette résistance peut être dans certains cas très élevée, comme par exemple dans le cas du bois, ce qui en fait un très mauvais conducteur, et dans d’autres cas beaucoup plus réduite, ce qui est le cas par exemple des câbles électriques. Un matériel est qualifié de supraconducteur lorsqu’il conduit le courant électrique sans qu’aucune dissipation d’énergie ne se produise. En d’autres termes, la résistance électrique d’un supraconducteur est nulle. En général, le phénomène de supraconductivité se produit à des températures proches du zéro absolu (- 273,15 °C) : on parle de supraconductivité conventionnelle. Cependant, certains matériaux dénommés « supraconducteurs non conventionnels », dont le fonctionnement théorique n’est pas encore bien compris, présentent une supraconductivité à des températures plus élevées.
La supraconductivité présente de nombreuses applications. Ce principe est par exemple utilisé dans les accélérateurs de particules, qui accélèrent des particules à des vitesses proches de la vitesse de la lumière (vitesse maximale selon la théorie de la relativité) et reproduisent ainsi des conditions similaires à ce qui s’est produit juste après le Big Bang. Et, comme mentionné précédemment, ce phénomène est également utilisé dans la fabrication des SQUID. En effet, les SQUID sont basés sur la présence de deux jonctions Josephson (jonction supraconduteur – matériel non conducteur – supraconducteur) placées en parallèle dans une boucle supraconductrice. Cet usage du principe de supraconductivité permet aux SQUID de détecter de très faibles champs magnétiques et d’être ainsi les magnétomètres les plus performants du marché.
Un nouveau SQUID à l’échelle nanométrique
L’une des limitations majeures des SQUID actuels est leur taille, de l’ordre du micromètre. Même si cela peut sembler très petit, ce n’est cependant pas suffisant pour détecter le champ magnétique généré par un électron. En effet, l’idée est de mesurer ce champ en utilisant une nano-sonde, le SQUID se trouvant à l’extrémité de cette sonde. Il est donc nécessaire de construire un SQUID à l’échelle nanométrique. L’équipe du professeur Eli Zeldov de l’Institut Weizmann est parvenue à réaliser cet exploit en construisant un SQUID de 46 nanomètres de diamètre. Ce nano-SQUID présente également un très faible niveau de bruit ainsi qu’une sensibilité deux fois plus importante que celle de ses prédécesseurs.
Applications à ce nouveau SQUID
Ce nano-SQUID permet la mesure du champ magnétique à l’échelle nanométrique, ce qui était impossible jusqu’à présent. Cet instrument devrait donc ouvrir de nombreuses perspectives. Le professeur Eli Zeldov espère quant à lui s’en servir pour acquérir une meilleure compréhension des supraconducteurs de type II. Ces supraconducteurs, dont le fonctionnement est pour l’instant très mal compris, existent dans différents états en fonction de leur température :
– un état « normal », non supraconducteur ;
– un état supraconducteur ;
– un état mixte, avec présence de zones supraconductrices mais également de zones non supraconductrices appelées « vortex ».
Pour en savoir plus, contacts :
– Laboratoire du professeur Eli Zeldov : http://www.weizmann.ac.il/condmat/superc/ Article original
– La supraconductivité : http://fr.wikipedia.org/wiki/Supraconductivit%C3%A9 Article original
– Les SQUID : http://fr.wikipedia.org/wiki/SQUID Article original
– L’effet Josephson : http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Josephson Article original
Sources :
– Denis Vasyukov, Yonathan Anahory, Lior Embon, Dorri Halbertal, Jo Cuppens, Lior Neeman, Amit Finkler, Yehonathan Segev, Yuri Myasoedov, Michael L. Rappaport, Martin E. Huber & Eli Zeldov (2013) A scanning superconducting quantum interference device with single electron spin sensitivity. Nature Nanotechnology. 8:639-644.
http://www.nature.com/nnano/journal/v8/n9/full/nnano.2013.169.html Article original
– « Super SQUID », Weizmann Wonder Wander, 25 novembre 2013 – http://wis-wander.weizmann.ac.il/super-squid#.UrQVN6Htq1E Article original
Rédacteurs :
Coralie Ebert, Volontaire internationale chercheuse à
15/01/2014
bulletins-electroniques.com Article original
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