Les ondes lumineuses se traversent normalement sans interagir, mais dans certains matériaux non linéaires elles peuvent échanger de l’énergie et de la quantité de mouvement. Cette propriété permet à une onde intense, appelée pompe, de modifier la fréquence ou la direction d’un signal plus faible. Dans ce travail, nous démontrons une nouvelle méthode pour contrôler des signaux micro-ondes à l’aide d’une structure supraconductrice artificielle appelée métamatériau à jonctions Josephson.

Les métamatériaux à jonctions Josephson sont utilisés depuis plus d’une décennie pour amplifier les faibles signaux micro-ondes dans les circuits supraconducteurs. Nous introduisons ici une approche différente reposant sur un dispositif à deux modes dans lequel l’onde pompe se propage plus lentement que le signal. Cela permet de convertir un signal micro-onde incident en une onde se propageant dans la direction opposée. En conséquence, le signal transmis vers l’avant est fortement supprimé, ce qui permet au dispositif de fonctionner comme un isolateur micro-onde, autorisant la propagation dans un seul sens. En ajustant la pompe, le même dispositif peut également fonctionner comme un coupleur réglable, permettant de connecter des signaux de manière contrôlée et réversible.

Le dispositif fonctionne sur une large plage de fréquences micro-ondes et fournit une isolation significative avec une bande passante utile. Avec des optimisations supplémentaires, cette technologie pourrait devenir un composant important pour le routage et le traitement des signaux micro-ondes dans les circuits quantiques supraconducteurs et d’autres systèmes électroniques avancés.

Ce travail, mené par l’équipe QUANTIC, a été publié dans la revue Nature Communications.

Image en fausses couleurs obtenue par microscope électronique à balayage de notre métamatériau à jonctions Josephson. On distingue plusieurs des 400 cellules élémentaires qui composent le dispositif. Chaque cellule contient trois condensateurs à armatures planes et deux jonctions Josephson.

En savoir plus : https://www.nature.com/articles/s41467-025-66190-0