Lois générales pour la supraconductivité mésoscopique en régime hors d’équilibre non-stationnaire – GLASNOST

La physique hors d’équilibre a été abondamment explorée, aussi bien expérimentalement que théoriquement, dans le domaine du transport quantique nanoscopique. Dans la plupart des études, une nanostructure est reliée à des réservoirs et l’application d’une tension de polarisation continue produit un régime stationnaire hors d’équilibre avec un courant continu qui s’écoule. Récemment, le régime non stationnaire a suscité beaucoup d’intérêt. Par exemple, les mesures alternatives permettent d’obtenir des informations sur la dynamique interne du système étudié, ou encore, l’application de pulses de tension offre des perspectives dans le contrôle et la manipulation de l’écoulement de la charge électrique.

Ces développements sont encore plus cruciaux pour les structures mésoscopiques avec des parties supraconductrices. En effet la cohérence quantique macroscopique des supraconducteurs (S) peut être transférée dans des métaux normaux (N) grâce à l’effet de proximité. Elle produit un supercourant non dissipatif dans les jonctions SNS. Ce courant Josephson peut se coupler au courant dissipatif de quasiparticules Même pour une tension continue, leur dynamique couplée produit un régime non stationnaire complexe, avec des courants continu et alternatif générés, qui est loin d’être entièrement compris et qui continue d’être étudié.

De plus, la différence de phase à une jonction Josephson se couple au champ électrique dans le circuit environnant. Elle peut suivre une dynamique quantique qui a ouvert des perspectives dans la réalisation de bits quantiques supraconducteurs couplés pouvant servir pour l’information quantique. Une façon standard d’étudier ces objets consiste à les sonder avec des photons micro-ondes se propageant dans des lignes de résonance supraconductrices. La limitation des temps de cohérence de ces bits quantiques pourrait être due aux quasiparticules hors d’équilibre. De plus, la dynamique quantique couplée des photons et de la différence de phase supraconductrice n’a été étudiée que dans certains cas limites.

Le but du projet est de faire avancer la théorie du transport quantique à travers des structures hybrides mésoscopiques en régime hors d’équilibre non stationnaire. L’objectif sera de dévoiler les mécanismes fondamentaux qui permettent de comprendre les interactions entre les dynamiques de la phase du condensat supraconducteur, des quasiparticules et des degrés de liberté associés au circuit électrique environnant. Dans ce but, de nouvelles voies de recherche seront proposées et des expériences seront suggérées. Une collaboration étroite avec des expérimentateurs facilitera leur implémentation et leur analyse théorique.

Précisément le projet s’intéressera aux propriétés d’absorption électromagnétique des supraconducteurs et des hybrides, à la dynamique couplée de la phase supraconductrice et des quasiparticules dans les propriétés de transport des jonctions SNS et à des aspects originaux de la dynamique quantique de la phase dans les circuits supraconducteurs. Des extensions de la théorie quasiclassique dans le formalisme hors d’équilibre de Keldysh – ainsi que des développements non quasiclassiques dans le cadre du modèle sigma non linéaire – permettront d’étudier les relations mutuelles entre l’effet de proximité, le désordre et les interactions. La théorie de la diffusion sera étendue pour prendre en compte les processus à la fois élastiques et inélastiques qui impliquent la phase supraconductrice et les photons micro-ondes se propageant dans les circuits quantiques. Les connaissances acquises permettront d’analyser les performances des détecteurs à inductance cinétique, des micro-réfrigérateurs et des bits quantiques supraconducteurs.

Le soutien financier servira à recruter un postdoc de 2 ans pour former un groupe autour du coordinateur, à financer des voyages, des invitations de collaborateurs et du matériel informatique, et à organiser une conférence sur la supraconductivité mésoscopique hors d’équilibre.