Proximity superconductivity in artificial metallic nanostructures
Supraconductivité de proximité dans les nanostructures métalliques artificielles
Résumé
We studied the proximity superconductivity in a mesoscopic system comprising a normal metal N in contact with superconducting islands S. A method of oblique metal evaporation metal on a suspended submicronic mask was developed under ultra-high vacuum, enabling us to control the quality of the N-S interface from a perfect metal contact to a barrier tunnel. We present a new type of high-frequency broad band filter, minituarized on a copper substrate, effective until very high frequency (20 GHz) and dedicated to the absolute filtering of mesoscopic samples. Measurements of transport until very low temperature (20 mK) show that the behavior of transport in a normal metal in proximity with a superconductor strongly depends on the microscopic parameters which are the length of coherence of the pairs of electrons, the barrier-equivalent length at the interface and the side dimension of the junctions. The Josephson coupling shows a new behavior in temperature, described by the traditional models in a clean mode for the normal coherence length. Observation of phase-slip centers at low temperature exemplifies the gapless character of proximity superconductivity. In a geometry of bidimensionnal network, a new mode of extreme anisotropy is carried out, being characterized by a very pricked oscillation of the temperature of resistive transition according to the magnetic field. In a normal metallic loop, a magnetic flux makes it possible to control the interference between the superconductive currents according to an effect of the type SQUID. The corrections of conductance related to the weak localization in the normal metal in the vicinity of an N-S interface are also discussed. We present finally a decisive experiment in order to test the effect of Coulomb blockade on proximity effect in a N-S tunnel junction.
Nous avons étudié l'effet de proximité dans un système mésoscopique comportant un conducteur de métal normal N en contact avec des îles supraconductrices S latérales. Une méthode d'évaporation métallique oblique sur un masque submicronique suspendu a été mise au point sous ultra-vide, nous permettant de contrôler la qualité de l'interface N-S depuis un contact métallique parfait jusqu'à une barrière tunnel. Nous présentons un nouveau type de filtre haute-fréquence large bande, minituarisé sur un substrat de cuivre, efficace jusqu'à très haute fréquence (20 GHz) et dédié au filtrage absolu d'échantillons mésoscopiques. Les mesures de transport jusqu'à très basse température (20 mK) montrent que le comportement du transport dans un métal normal en proximité avec un supraconducteur dépend fortement des paramètres microscopiques que sont la longueur de cohérence des paires d'électrons, la longueur équivalente de barrière à l'interface et la dimension latérale des jonctions. Le couplage Josephson montre un comportement en température nouveau, décrit par les modèles classiques dans un régime propre pour la longueur de cohérence normale. L'observation de centres de gliseement de phase à basse température exemplifie le caractère de bande interdite nulle de la supraconductivité de proximité. Dans une géométrie de réseau bideimensionnel, un nouveau régime d'anisotropie extrême est réalisé, se caractérisant par une oscillation très piquée de la température de transition résistive en fonction du champ magnétique. Dans un conducteur normal en anneau, un flux magnétique permet de piloter l'interférence entre les courants supraconducteurs selon un effet de type SQUID. Les corrections de conductance liées à la localisation faible dans le conducteur normal au voisinage d'une interface N-S sont également discutées. Nous présentons enfin une expérience décisive afin de tester l'effet du blocage de Coulomb sur l'effet de proximité dans une jonction N-S en régime tunnel.