Critical behaviour of superconducting nanowires
Comportement critique des nanofils supraconducteurs
Résumé
Single-photon detectors based on low-temperature superconducting nanowires have already demonstrated excellent properties and remarkable performance in various applications below 1K, ranging from quantum information to integrated circuit testing. In this context, the idea of creating such a detector based on high-temperature superconductors operating around 40 K is highly appealing. However, the task is proving challenging not only due to technological barriers associated with the manufacture of ultra-thin nanowires but also because of the distinct nature of superconductivity in these materials.This work is divided into two parts: an experimental study of the transport characteristics of YBCO nanowires, and a numerical study of the influence of vortex motion on the transport characteristics of superconducting nanostripes.In the experimental part, we present the fabrication of superconducting nanowires using the ion irradiation technique. Their characterisation by DC and RF transport has enabled demonstrating the role of the vortex dynamics on critical superconducting properties.The experimental observations are supported by our numerical study, developed specifically for the geometry of our system and devoted to the effects of Abrikosov vortex motion on the transport properties. Within the framework of the time-dependent Ginzburg-Landau theory, we have confirmed the signatures of vortex synchronisation leading to the appearance of fractional Shapiro steps. Moreover, in a specific disorder landscape, this synchronisation can create dynamic metastable states, leading to phenomena experimentally observed in the studied nanowires.
Les détecteurs de photons uniques basés sur des nanofils supraconducteurs à basse température ont déjà démontré d'excellentes propriétés et des performances remarquables dans diverses applications en dessous de 1K, allant de l'information quantique au test de circuits intégrés. Dans ce contexte, l'idée de créer un tel détecteur basé sur des supraconducteurs à haute température fonctionnant autour de 40 K est très séduisante. Cependant, la tâche s'avère difficile, non seulement en raison des obstacles technologiques liés à la fabrication de nanofils ultraminces, mais aussi en raison de la nature distincte de la supraconductivité dans ces matériaux.Ce travail est divisé en deux parties : une étude expérimentale des caractéristiques de transport des nanofils YBCO et une étude numérique de l'influence du mouvement vortex sur les caractéristiques de transport des nanorubans supraconducteurs.Dans la partie expérimentale, nous présentons la fabrication de nanofils supraconducteurs à l'aide de la technique d'irradiation ionique. Leur caractérisation par transport DC et RF a permis de démontrer le rôle de la dynamique des vortex sur les propriétés supraconductrices critiques.Les observations expérimentales sont soutenues par notre étude numérique, développée spécifiquement pour la géométrie de notre système et consacrée aux effets du mouvement vortex d'Abrikosov sur les propriétés de transport. Dans le cadre de la théorie de Ginzburg-Landau dépendante du temps, nous avons confirmé les signatures de la synchronisation des vortex conduisant à l'apparition de marches de Shapiro fractionnaires et, dans un paysage de désordre spécifique, cette synchronisation peut créer des états métastables dynamiques, observés dans nos nanofils supraconducteurs.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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