Transport Josephson piloté par des vortex d'Abrikosov individuels imagés et manipulés optiquement

Abstract

Les circuits supraconducteurs ont des fréquences de fonctionnement élevées, de faibles énergies de passage, et génèrent intrinsèquement moins de chaleur permettant des configurations plus denses que ses équivalents semi-conducteurs. Les vortex d'Abrikosov sont les nano-objets magnétiques les plus compacts dans les supraconducteurs, à l'échelle de ~100 nm. En modifiant la distance entre un vortex et une jonction Josephson, ils peuvent être utilisés pour créer la phase désirée de l'état fondamental afin de contrôler le courant de passage. Au sein notre groupe, nous avons développé des méthodes optiques permettant de créer, d'imager et de manipuler des vortex uniques à des vitesses élevées et à l'échelle submicronique. De plus, en utilisant des techniques de modelage optique, des structures analogues à une jonction peuvent être créées par affaiblissement local du condensat supraconducteur par chauffage optique. Ces méthodes offrent une possibilité de contrôle tout-optique du transport Josephson, avec un potentiel de mise en œuvre à grande échelle. Le travail de cette thèse s'appuie sur ces techniques précédemment développées. Nous abordons tout d'abord la difficulté liée à la résolution de l'imagerie optique. Nous avons développé une configuration d'imagerie magnéto-optique basée sur une lentille hémisphérique à immersion solide (SIL) permettant une résolution optique inférieure à 600 nm de vortex d'Abrikosov uniques. Cela représente une amélioration par trois fois de la résolution par rapport aux systèmes d'imagerie à lentille unique. Si la motivation initiale de cette nouvelle mise en œuvre était l'imagerie optique de vortex uniques dans des structures plus petites, cette méthode permettra également d'étudier les interactions dans les réseaux de vortex, où les distances inter-vortex peuvent être de quelques centaines de nm. En utilisant cette méthode, nous avons réussi à résoudre des vortex uniques dans des électrodes de circuits, ce qui a permis l'observation optique en temps réel de vortex uniques, corrélée avec des mesures de transport. Les techniques de manipulation optique peuvent être appliquées au contrôle de la position des vortex sans avoir recours à la préfabrication de sites de fixation des vortex, permettant d'accéder à une gamme dynamique complète de différences de phase en vue d’opérations complexes. La SIL nous a également permis de modifier les propriétés supraconductrices d’appareils par chauffage optique, en localisant des structures fines jusqu’ici non discernables. La modulation des propriétés de transport par chauffage peut être corrélée quantitativement aux modifications de la densité des paires de Cooper dans le volume de chauffage. De plus, les vortex dans les supraconducteurs à haute température (SHT) ont également été imagés optiquement pour la première fois. La méthode employée ici utilise un mécanisme de re-piégeage de flux dans lequel les vortex dans le SHT sont imagés à travers un supraconducteur à faible température critique, déposé au-dessus. Cette méthode ouvre la voie à l'étude d'interactions entre vortex uniques comme la torsion et la bouture, et au développement de techniques optiques pour piloter les propriétés transport dans les dispositifs SHT.