Electrodynamique des Supraconducteurs Désordonnés – ELODIS2

Les supraconducteurs désordonnés sont l'élément de base de dispositifs très prometteurs, tant d'un point de vue fondamental que d'un point de vue appliqué. Ils permettent de produire des impédances élevées non dissipatives dans le domaine des micro-ondes, ouvrant de riches possibilités pour le traitement quantique de l'information et la physique mésoscopique. Leur inductance cinétique élevée et / ou leur haute température critique permettent également la réalisation de détecteurs de grande efficacité quantique pour la physique des astroparticules et la cosmologie. Pour exploiter toutes ces potentialités il faut cependant comprendre en profondeur leur électrodynamique, qui s'écarte souvent de celle d'un supraconducteur BCS classique. Dans notre projet, nous nous concentrons sur les détecteurs à inductance cinétique (KID). Ces dispositifs ont été couramment mis en œuvre avec des films minces d'aluminium, mais les supraconducteurs très désordonnés sont prévus pour produire des détecteurs beaucoup plus sensibles et plus rapides. Nous développerons aussi de grandes inductances cinétiques pour des dispositifs photoniques à base de jonctions Josephson pour lesquels de fortes impédances caractéristiques permettent d’explorer le régime d’électrodynamique quantique avec une constante de structure fine >1, offrant ainsi une multitude de possibilités pour la génération et la mesure d’états quantiques dans le domaine des micro-ondes.
Les tentatives pour réaliser ce type de détecteurs à base de supraconducteur désordonnés ont été entravées par des pertes à haute fréquence, une absorption de photons plus faibles que prévue, montrant des dépendances en puissance ou en température inattendues, du bruit en excès, et un taux de relaxation de quasi-particule inexpliqué. D'autres effets non conventionnels ont été reportés : par exemple, l'augmentation de l'inductance cinétique avec le courant (non linéarité) n'est pas toujours accompagnée par un accroissement de la dissipation, ce qui est un avantage pour bon nombre d'applications. D'autre part, les taux de désexcitation mesurés dans les résonateurs aptes l'absorption d'un photon ne sont pas identiques pour la réponse dissipative et la réponse réactive, deux quantités qui sont supposées complémentaires dans la théorie BCS. En bref, les supraconducteurs désordonnés ont montré jusqu'à maintenant une électrodynamique très inhabituelle, dont la compréhension est l'un des objectifs de notre projet. Les mécanismes à l'origine de cette électrodynamique anormale restent en effet mal compris, et manquent d'un cadre théorique commun, ce qui empêche d'atteindre les performances ultimes de tels dispositifs. Le but de ce projet est de combler ces lacunes par des études expérimentales et théoriques détaillées et complémentaires. Les connaissances acquises tout au long du projet nous permettront de résoudre les goulots d'étranglement technologiques dans les détecteurs à inductance cinétique et ouvriront de nombreuses autres possibilités intéressantes pour la physique mésoscopique.