Superconducting properties of carbon nanotubes

Metallic single wall carbon nanotubes have attracted much interest as 1D quantum wires combining a low carrier density and a high mobility. It was believed for a long time that low temperature transport was exclusively dominated by the existence of unscreened Coulomb interactions leading to an insulating behavior at low temperature. However experiments have also shown evidence of superconductivity in carbon nanotubes. We distinguish two fundamentally different physical situations. When carbon nanotubes are connected to superconducting electrodes, they exhibit proximity induced superconductivity with supercurrents which strongly depend on the transmission of the electrodes. On the other hand intrinsic superconductivity was also observed in suspended ropes of carbon nanotubes and recently in doped individual tubes. These experiments indicate the presence of attractive interactions in carbon nanotubes which overcome Coulomb repulsion at low temperature, and enables investigation of superconductivity in a 1D limit never explored before. To cite this article: M. Ferrier et al., C. R. Physique 10 (2009).

RésuméLes nanotubes de carbone monofeuillets, en combinant une faible densité électronique et une forte mobilité, ont attiré un intérêt considérable en tant que système modèle pour l'étude du transport quantique à une dimension. Dans ce type de système le transport à basse température était prédit être dominé par l'existence d'interactions coulombiennes non écrantées donnant lieu à un comportement isolant à basse température. Mais les expériences montrent, quant à elles, l'existence de supraconductivité dans les nanotubes de carbone. Il est important de distinguer deux situations physiques bien différentes. Dans la première, lorsque ils sont connectés à des électrodes supraconductrices, les nanotubes de carbone deviennent supraconducteurs par effet de proximité avec des supercourants dont l'intensité dépend très fortement de la transmission des électrodes. Dans la seconde, lorqu'ils sont connectés à des contacts normaux, il a été aussi possible d'observer de la supraconductivité intrinsèque dans des faisceaux suspendus de nanotube de carbone et plus récemment dans des nanotubes individuels dopés. Ces expériences montrent l'existence d'interactions attractives qui dominent la répulsion coulombienne à basse température, ce qui permet une exploration de la supraconductivité dans une limite unidimensionnelle jamais encore atteinte. Pour citer cet article : M. Ferrier et al., C. R. Physique 10 (2009).