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Mar 23, 2024

Transitions topologiques en ac/dc

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 10069 (2022) Citer cet article 862 accès 5 citations Détails des métriques L'extension des nanostructures dans la troisième dimension est devenue une recherche majeure

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 10069 (2022) Citer cet article

862 accès

5 citations

Détails des métriques

L'extension des nanostructures dans la troisième dimension est devenue une voie de recherche majeure en physique de la matière condensée, en raison de phénomènes induits par la géométrie et la topologie. À cet égard, les nanoarchitectures 3D supraconductrices présentent une inhomogénéité du champ magnétique, une topologie non triviale des courants de Meissner et une dynamique complexe des défauts topologiques. Ici, nous étudions théoriquement les transitions topologiques dans la dynamique des vortex et les glissements de phase du paramètre d'ordre dans des nanotubes supraconducteurs ouverts sous un courant de transport modulé. En nous appuyant sur l'équation de Ginzburg-Landau dépendant du temps, nous révélons deux régimes de tension distincts lorsque (i) une partie dominante du tube est soit à l'état normal, soit supraconducteur et (ii) une interaction complexe entre les vortex, les régions de glissement de phase et Les courants de blindage déterminent un riche spectre de tension FFT. Nos résultats dévoilent de nouveaux états dynamiques dans les nanotubes ouverts supraconducteurs, tels que les régions de glissement de phase paraxiale et azimutale, leur ramification et leur coexistence avec les vortex, et permettent le contrôle de ces états par des stimuli superposés de courant continu et alternatif.

Les nanoarchitectures tridimensionnelles (3D) revêtent une importance croissante dans divers domaines scientifiques et technologiques1,2,3. Ils attirent une grande attention en physique des semi-conducteurs4,5, en magnétisme6,7, en photonique8, en magnique9, en plasmonique10 et en supraconductivité11. La technologie d'enroulement12 et la nanoimpression à écriture directe utilisant des faisceaux de particules focalisés13 permettent la réalisation de diverses géométries de formes complexes, appelant à l'étude de leurs propriétés électroniques, optiques, magnétiques et de transport, ainsi qu'au développement de nouvelles applications. D'un point de vue holistique, les phénomènes induits par la géométrie et la topologie dans les nanoarchitectures 3D ont récemment été analysés pour les nanoarchitectures curvilignes à semi-conducteurs, supraconducteurs et magnétiques, ainsi que pour les micromoteurs tubulaires catalytiques et les guides d'ondes optiques1,2.

En supraconductivité, l’hybridation de la géométrie courbe avec une topologie non triviale est une source établie de physique émergente14,15,16,17,18,19,20,21,22. Ainsi, les nanomembranes auto-roulées23,24,25,26,27,28,29,30 et les nanoarchitectures 3D à écriture directe31,32 sont des plates-formes intéressantes pour l'examen de modèles théoriques et l'exploration expérimentale de la dynamique entrelacée des courants de Meissner et des phénomènes topologiques. défauts (vortex d'Abrikosov et glissements de phase) du paramètre d'ordre dans les supraconducteurs. Du point de vue des applications, l'extension des supraconducteurs à l'échelle nanométrique dans la troisième dimension permet la détection de champ vectoriel complet en interférométrie quantique, la réduction de la puissance équivalente au bruit en bolométrie et la réduction des empreintes des dispositifs fluxoniques. À cet égard, le transport du flux magnétique à de grands courants continus35,36,37,38, des fréquences ca GHz39,40,41,42 et en relation avec l'absorption de photons optique/infrarouge43,44 semble particulièrement intéressant pour les applications.

Le mouvement des vortex sous un entraînement alternatif à haute fréquence présente une riche variété de régimes dynamiques qui sont déterminés à la fois par l'amplitude alternative et la fréquence alternative. Distinct du mouvement de vortex de translation sous un courant continu45, un courant alternatif provoque un mouvement oscillatoire des vortex39,46. Cependant, l’évolution de l’état supraconducteur dans les micro- et nanostructures 3D a jusqu’à présent été étudiée séparément dans les régimes de courants continus ou alternatifs28,31,32,47. Cependant, d'après des études antérieures sur des films planaires, il est connu qu'une combinaison de stimuli continus et alternatifs peut donner naissance à de nouveaux phénomènes, tels que des interférences quantiques continu/alternatif48,49, une tension redressée et son inversion50,51, ainsi que des particularités de la puissance des micro-ondes. absorption42. En conséquence, les nanoarchitectures supraconductrices 3D incurvées pilotées par (dc + ac) devraient héberger de nouveaux phénomènes physiques susceptibles de posséder un potentiel d'applications.