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Supraconductivité induite par proximité dans le graphène

Nous sondons la façon dont l’effet de proximité se développe dans le graphène, à champ magnétique nul ainsi qu’en champ magnétique fort, jusqu’à la limite de l’effet Hall quantique, dans lequel les paires injectées par les contacts doivent se propager via les canaux de bord. Nous avons réussi, grâce à de bons contacts supraconducteurs, à induire de la supraconductivité dans des monocouches de graphène, jusqu’à rendre la résistance de l’ensemble Supraconducteur/graphène/supraconducteur nulle à bas champ. La longueur du graphène parcourue par un supercourant peut aller jusqu’à 1.2 microns, démontrant ainsi que le graphène est quantiquement cohérent sur ces distances. Cette longueur de jonction est près de deux fois supérieure aux jonctions S/graphène/S réalisées par d’autres équipes. Nous avons vu, comme d’autres, que le courant critique (valeur maximale du supercourant) est modulé par la tension de grille appliquée, qui contrôle le dopage du graphène. Mais nous sommes les premiers à avoir trouvé que le courant critique était entrièrement supprimé près du point de Dirac du graphène. Nous pensons que cette suppression provient d’un type particulier de reflexion d’Andreev, propre au graphène près du dopage nul, et que cette reflexion, dite speculaire, alliée à la diffusion à travers une jonction très longue, conduit à l’annulation du supercourant.

Grâce à l’utilisation de contacts en alliage supraconducteur (Rhenium/Tungstene), nous sommes parvenus à atteindre le régime d’effet Hall Quantique dans le graphène, à un champ (7 Tesla) inférieur au champ critique des électrodes supraconductrices. Nous observons des effets d’interférences caractéristiques des interférences entre paires d’Andreev à l’interface entre S et le graphène. Mais la configuration expérimentale (à deux contacts), qui mélange les contributions transverses et longitudinales de l’effet hall Quantique, ne nous permet pas d’affirmer que la propagation de paires de Cooper d’un supraconducteur à l’autre via le graphène se fait bien de façon cohérente. Nous sommes à la recherche d’une meilleure configuration expérimentale pour cela.

Nous avons plus récemment recouvert l’échantillon de graphène avec contacts en Niobium par des molécules de porphyrines de platine, obtenues grâce à une collaboration avec S. Campidelli (CEA Saclay). Nous avons découvert que cette fonctionnalisation, outre le dopage qu’elle produit, induit à basse température une aimantation désordonnée qui est contrôlée par la tension de grille. Il s’agit peut-être d’une des premières réalisations d’un magnétisme contrôlable par tension de grille, dont le graphène pourrait être le vecteur en raison de sa densité d’états non constante.

Références :
Superconducting proximity effect in long superconductor/graphene/superconductor junctions : From specular Andreev reflection at zero field to the quantum Hall regime
Katsuyoshi Komatsu, Chuan Li, S. Autier-Laurent, H. Bouchiat, S. Guéron
Phys. Rev. B 86,115412 (2012).

Tuning the proximity effect in a superconductor-graphene-superconductor junction
C. Ojeda-Aristizabal, M. Ferrier, S. Guéron, and H. Bouchiat
Phys. Rev. B 79, 165436 (2009).