À Adélaïde, des boucles sans jonctions transforment des réseaux de SQUID en magnétomètres absolus

Un article de Physical Review Applied montre que des boucles supraconductrices sans jonctions imitent les tailles variées exigées par les capteurs SQIF, tout en simplifiant leur fabrication.

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Des chercheurs d'Adelaide University, en Australie-Méridionale, présentent une manière plus simple de construire des réseaux de dispositifs supraconducteurs à interférence quantique (SQUID) capables de mesurer un champ magnétique absolu sans sacrifier la sensibilité qui fait leur intérêt. Les travaux, signés par les doctorants Ross Monaghan et Jonathan Marenkovic et par le professeur associé Giuseppe Tettamanzi, du Quantum and Nano Technology Group (QuaNTeG) de l'université, ont été publiés dans Physical Review Applied le 26 octobre (volume 26, article 044077) ; le texte intégral est également disponible sur arXiv.

Le problème

Les SQUID sont des boucles de matériau supraconducteur interrompues par des jonctions Josephson ; ils comptent parmi les détecteurs de champ magnétique les plus sensibles qui existent. En associant de nombreuses boucles SQUID dans un réseau bidimensionnel, on obtient des capteurs radiofréquence très performants. Le hic, selon l'université, est que ces dispositifs peinent à déterminer quand un champ magnétique est exactement nul.

La solution habituelle, utilisée dans les filtres supraconducteurs à interférence quantique (SQIF), consiste à rendre volontairement inégales les surfaces des boucles pour que le réseau fonctionne comme un magnétomètre absolu. Selon l'article, cette exigence entre en conflit avec l'optimisation de chaque boucle : modifier la taille d'une boucle change aussi son inductance et un paramètre de conception clé qui doit être finement maîtrisé pour obtenir de bonnes performances. Ce compromis empêche ces réseaux d'atteindre leur plein potentiel, que les auteurs décrivent comme limité uniquement par la limite quantique standard. L'annonce de l'université indique que les conceptions actuelles peuvent nécessiter des centaines, voire des milliers de boucles de tailles différentes.

Les détails techniques

L'équipe d'Adélaïde a conservé des boucles toutes de même taille et a remplacé certaines d'entre elles par des sections supraconductrices « nues », dépourvues de jonctions Josephson. Ces boucles nues modifient la répartition du flux magnétique dans le circuit, si bien que le réseau se comporte comme si ses boucles avaient des surfaces différentes. Les auteurs parlent d'une « dispersion synthétique des surfaces » et établissent une formule analytique reliant la position des boucles nues à la dispersion équivalente des surfaces physiques.

Ils ont ensuite fabriqué plusieurs réseaux SQIF bidimensionnels comportant des boucles nues et les ont fait fonctionner à très basse température. Selon les chercheurs, les dispositifs mesurés se sont comportés conformément à la théorie.

« En introduisant des boucles nues soigneusement positionnées, nous pouvons obtenir le même résultat tout en préservant les conditions nécessaires à une sensibilité maximale », a déclaré Giuseppe Tettamanzi.

Pourquoi c'est important

Si des boucles uniformes suffisent, les fabricants n'auraient plus à produire de grands réseaux comportant de nombreuses géométries de boucles différentes, ce qui, selon l'université, pourrait rendre les dispositifs plus simples et moins coûteux à fabriquer. L'université cite comme applications possibles la surveillance cérébrale, des récepteurs radiofréquence plus sensibles, les communications à faible bruit et la détection électromagnétique.

À surveiller

L'université précise que des essais supplémentaires sont nécessaires avant toute commercialisation. Le concept fait l'objet d'une demande de brevet international, et des études complémentaires sont déjà en cours pour améliorer les performances des dispositifs et explorer de nouvelles applications. The Quantum Insider a relayé le communiqué de l'université le 2 novembre.