Propriétés de transport électronique de nanofils supraconducteurs électrodéposés

Electronic transport properties of electrodeposited superconducting nanowires

• Auteur / Autrice : Damien Lucot
• Direction : Dominique Mailly, Kui Yu-Zhang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Reims

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes mésoscopiques

Supraconductivité

Dépôt électrolytique

Nanofils

Mots clés libres

Cohérence quantique, Hors équilibre, Phase-slip centers, Effet de proximité

Résumé

Dans le cas des supraconducteurs unidimensionnels (1D), la conservation du paramètre d'ordre supraconducteur sur de grandes distances n'est plus possible. Les fluctuations de ce paramètre d'ordre induisent alors des phénomènes résistifs hors équilibre qui se traduisent par la formation de ''phase-slip center'' (PSC). L'étude de tels systèmes supraconducteurs hors équilibre est très intéressante, tant sur le plan expérimental que théorique. Cela permet d'obtenir des informations sur la dynamique de la supraconductivité, et plus généralement sur les mécanismes de décohérence quantique. Dans ce contexte, les fils supraconducteur 1D suscitent un fort intérêt. Une voie élégante pour élaborer de tels nanofils consiste à utiliser des milieux nanoporeux dont les pores cylindriques sont remplis par dépôt électrolytique. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les propriétés de transport de ces nanofils supraconducteurs électrodéposés. La lithographie électronique a été utilisée pour poser plusieurs contacts électriques le long d’un nanofil, permettant ainsi de sonder localement, sur quelques centaines de nanomètres, les propriétés électriques de ce fil. Des mesures jusqu'à 30 mK sur des nanofils d'étain de 50 nm de diamètre ont montrés des PSCs et un effet Meissner incomplet. Par ailleurs, nous avons montré l'impact de l'effet de proximité inverse induit par des électrodes normales sur le paramètre d'ordre supraconducteur du fil. Ce qui a permis de mettre en évidence deux régimes différents de relaxation des quasi-particules. De plus, ce couplage avec un environnement dissipatif semble permettre la stabilisation de la supraconductivité dans un fil 1D de longueur finie.

In one-dimensional (1D) superconducting systems, any long-range order is impossible. Superconducting order parameter fluctuations destroy the zero resistance state and induce a non-equilibrium phenomenon which leads to the successive nucleation of phase-slip-center (PSC). Study of such superconducting systems is of importance not only for dynamical properties of 1D superconductivity, but also for understanding the decoherence mechanisms of quantum systems due to interaction with their environment. In this context, superconducting nanowires attract a lot of attention due to their fundamental properties as well as their potential applications in nanotechnologies. An elegant approach to fabricate those kind of nanowires, consists in the use of track-etched polymer membranes as a template for electrodeposition. In this work, we studied transport properties of single superconducting nanowire. Electronic lithography has been used to realise several electrical contacts along isolated nanowires spread over a substrate. This allows one to locally probe the electrochemical potential of wires, over a length of several hundreds of nanometers. Multiprobes measurements of a 50nm diameter tin wire, at 30 mK, show PSCs and incomplete Meissner effect. This geometry allows us to precisely study the evolution of PSCs under magnetic field. In addition, one could show the impact of the inverse proximity effect induced by normal electrodes on superconducting order parameter. We highlight two different modes of quasiparticle relaxation. Moreover one observed that coupling with a dissipative environment allowed the stabilization of superconductivity in a 1D finite wire