Systèmes hybrides supraconducteur/ferroïque : nouveaux états quantiques et effets induits par des interactions. – SUPERHYBRIDS-II

SUPERHYBRIDS-II est dédié à la fabrication et l’étude expérimentale de nano-structures hybrides à base de supraconducteurs à haute Tc (HTCS) et de matériaux ferromagnétiques (FM) et ferroélectriques (FE). Ce projet sera développé à l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thales (UMR137). Les objectifs scientifiques sont la compréhension des mécanismes d’interaction entre HTCS-FM et HTCS-FE, et son exploitation pour manipuler les propriétés supraconductrices et électroniques des HTCS. Nous allons aborder différents sujets : effets de proximité, transport de spin dans des interfaces HTCS/FM, et manipulation de la supraconductivité au moyen des effets de champ électrique. L’objectif stratégique est la création d’une nouvelle ligne de recherche au sein de l’UMR 137, les matériaux hybrides supraconducteurs, dans laquelle seront impliqués plusieurs jeunes chercheurs issues de différents axes thématiques complémentaires.

La coexistence de la supraconductivité non-conventionnelle d’onde d et du caractère demi-métallique de certaines perovskites ferromagnétiques donne lieu à de nombreux phénomènes inusuels: effets de proximité à longue portée , magnéto-résistance géante , re-organisation de la structure de domaines magnétiques par effet de la supraconductivité , etc. Les mécanismes microscopiques derrière ces phénomènes font l’objet d’un fort débat. En particulier, nous allons étudier la diffusion de la supraconductivité depuis le HTCS dans le matériau FM, et inversement les effets de l’injection, diffusion et relaxation de quasi-particules polarisées en spin depuis le FM dans le HTCS. Ces phénomènes sont importants pour la réalisation de jonctions Josephson « pi » à base de HTCS pour des circuits RSFQ .

Concernant la modulation de la supraconductivité au moyen d’effets de champ électrique, nous chercherons des architectures HTCS/FE appropriées pour produire une modulation spatiale nanométrique de la supraconductivité. Il s’agit notamment d’utiliser la structure des domaines FE pour créer un profil de champ électrique qui module la température critique localement, permettant par exemple la réalisation dans des HTCS de jonctions Josephson planaires ou de potentiels de piégeage des vortex re-configurables.

Ce projet, qui propose une étude fondamentale sur des phénomènes physiques dans les HTCS, aura des retombés immédiates pour les applications technologiques à basse ce type de matériaux. En effet, les performances des dispositifs sont très fortement influencées par la dynamique des vortex, et l’injection de spin peut s’avérer un mécanisme intéressant pour la réalisation des nouveaux dispositifs. Finalement, l’activité de recherche proposée servira de base pour l’enseignement des nouvelles technologies aux jeunes chercheurs impliqués (doctorants et post doctorants).