CE30 - Physique de la matière condensée et de la matière diluée

Nouvelles approches du problème des supraconducteurs à haute température – neptun

NEPTUN

Une nouvelle approche du problème des supraconducteurs à haute température critique

Enjeux et objectifs

Dans ce projet, nous avons réuni une équipe d'expérimentateurs et de théoriciens dans l'espoir de faire la lumière sur la supraconductivité non conventionnelle dans les cuprates. Ces dernières années, les progrès dans le domaine ont permis d’établir que la phase pseudogap, considérée comme le noeud du problème, est le siège de plusieurs phases quantiques. Le but de notre projet est de comprendre la relation entre ces «ordres électroniques« et le phénomène pseudogap. Cela inclut des questions fondamentales telles que la nature microscopique et l'origine des différents ordres électroniques, leur dépendance exacte en concentration de porteurs et les relations possibles entre eux mais aussi la question de savoir si un (ou plusieurs) de ces ordres est responsable du pseudogap. Pour atteindre cet objectif, nous utiliserons des méthodes innovantes telles que la préparation d'échantillons par faisceaux d'ions focalisés, des champs magnétiques record ainsi que le contrôle par contrainte uniaxiale. Ces nouvelles méthodes complèteront notre stratégie générale qui consiste à supprimer la supraconductivité à l’aide de champs magnétiques intenses afin de révéler l'état «normal» sous-jacent aux plus basses températures, grâce à un arsenal de techniques complémentaires: transport, vitesse du son, RMN et spectroscopie Raman électronique.

Notre stratégie consistera à utiliser des champs magnétiques extrêmement intenses pour supprimer la supraconductivité ainsi qu'à des techniques complémentaires pour sonder les propriétés macroscopiques (transport), microscopiques (RMN) et sensible à la symétrie (vitesse du son, spectroscopie Raman) de ces phases.
Notre stratégie est d'attaquer le problème du pseudogap sur différents fronts: nous souhaitons caractériser le pseudogap lui-même, les ordres électroniques associés et les signatures possibles de la criticalité quantique. La résolution de la surface de Fermi de la phase pseudogap représentera une étape importante vers la compréhension de sa nature.

La nouveauté du projet est double. Premièrement, les questions abordées sont, pour une large partie, de nouvelles questions soulevées par les développements récents. Deuxièmement, nous ambitionnons d'adapter et d'étendre notre expertise complémentaire dans les mesures de transport, ultrasonores, la RMN et la spectroscopie Raman électronique et à de nouvelles méthodes telles que la préparation d'échantillons par faisceau d'ions focalisés (FIB), les champs magnétiques record (y compris les oscillations quantiques jusqu'à 200 T). et RMN dans les champs pulsés ainsi que des mesures sous pression uni-axiale. Par conséquent, notre projet représente une approche véritablement innovante du problème des supraconducteurs à haute température critique. Tout en étant axé sur l'expérience, le projet sera mené en étroite collaboration avec des experts en théorie.

L'objectif de ce projet est de réaliser un progrès substantiel dans un problème vieux de 30 ans qui reste au premier plan des sujets d'actualité de la physique de la matière condensée. Notre projet de recherche est de nature fondamentale donc l'impact attendu, et notre motivation, ne sont pas technologiques mais repoussent plutôt les frontières de la connaissance. Une compréhension de base de la supraconductivité à haute température peut conduire à une amélioration significative des propriétés des matériaux et de leur potentiel d'application. Les performances attendues de notre projet sont très ambitieuses car elles devraient éclairer le mécanisme de la supraconductivité à haute température. Nous prévoyons ainsi que nos résultats auront un fort impact international, ce qui implique de notre côté un effort majeur de diffusion des connaissances.

La diffusion des résultats scientifiques et techniques peut être envisagée sous plusieurs angles:
- Publication d'articles originaux dans des revues à haut impact (en accès libre dans la mesure du possible et avec publication sur les plateformes arXiv et HAL).
- Communications dans des conférences / workshop nationaux et internationaux tels que M2S, March meeting de l'APS, Gordon Conférence, SCES, Physique des basses températures, conférence Aspen ...
- Des communiqués de presse seront publiés comme nous l'avons déjà fait par le passé en coopération avec le service de communication du CNRS.
- Vulgarisation d'articles dans des revues scientifiques à large public (Images de la Recherche du CNRS, Journal du CNRS, Physics Today, etc.) comme nous l'avons déjà fait par le passé.
- Publication des faits marquants dans les rapports annuels.
- Publications électroniques via Internet (par exemple, articles ou vidéos sur les sites Web des institutions)
- Formation des doctorants et post-doctorants

L’origine de la supraconductivité à haute température dans les oxydes de cuivre reste un des problèmes majeurs de la physique de la matière condensée. Ces dernières années, les progrès dans le domaine ont permis d’établir que la phase pseudogap, considérée comme le nœud du problème, est le siège de plusieurs phases quantiques. Au sein de ces phases, certaines composantes du système électronique s’ordonnent, c'est-à-dire qu'elles rompent spontanément certaines symétries (de translation, de groupe ponctuel et de renversement par le temps).

Le but de notre projet est de comprendre la relation entre ces "ordres électroniques" et le phénomène pseudogap. Cela inclut des questions fondamentales telles que la nature microscopique et l'origine des différents ordres électroniques, leur dépendance exacte en concentration de porteurs et les relations possibles entre eux mais aussi la question de savoir si un (ou plusieurs) de ces ordres est responsable du pseudogap ou la question de quelle symétrie(s) fondamentale(s) (s’il y en a une) est (sont) brisée(s) par l'état pseudogap de façon générale et universelle.

Pour atteindre cet objectif, nous utiliserons des méthodes innovantes telles que la préparation d'échantillons par faisceaux d'ions focalisés, des champs magnétiques record ainsi que le contrôle par contrainte uniaxiale. Ces nouvelles méthodes complèteront notre stratégie générale qui consiste à supprimer la supraconductivité à l’aide de champs magnétiques intenses afin de révéler l'état «normal» sous-jacent aux plus basses températures, grâce à un arsenal de techniques complémentaires: transport, vitesse du son, RMN et spectroscopie Raman électronique.

Notre projet vise à réunir des experts reconnus de ces techniques à Toulouse (LNCMI-CNRS), Grenoble (LNCMI-CNRS) et Paris (MPQ Paris-Diderot), afin d'effectuer des mesures coordonnées sur des monocristaux de la plus haute qualité dans divers familles de cuprates (Y, La, Bi ou Hg). Nous sommes convaincus que cet effort synergétique et novateur permettra de faire avancer le domaine de manière significative. Comprendre le mécanisme de la supraconductivité dans les oxydes de cuivre ne repousserait pas seulement les frontières des connaissances en physique de la matière condensée. Cela faciliterait également la découverte de nouveaux supraconducteurs avec des températures de transition plus élevées, ce qui élargirait inévitablement l’étendue des applications technologiques de la supraconductivité. En outre, les progrès réalisés en matière d'instrumentation de pointe et le savoir-faire acquis durant le projet profiteront à l'ensemble de la communauté des utilisateurs d’installations de champ intenses.

La diffusion des connaissances est une partie essentielle de ce projet. Le projet fournira un environnement privilégié pour la formation de doctorants et de chercheurs postdoctoraux. Ils seront formés à des techniques expérimentales de pointe, ils seront impliqués dans tous les aspects de la recherche à un niveau compétitif sur le plan international, y compris l'utilisation d'installations de type « très grande infrastructure de recherche » (TGIR), et ils seront formés par des leaders dans leur domaine. Ces jeunes scientifiques seront également encouragés à participer activement à des conférences et des écoles d'été, qu’elles soient nationales ou internationales. Ils seront également associés aux activités de vulgarisation, organisées de façon régulière dans les différents laboratoires afin de susciter une nouvelle génération de vocations scientifiques. Le transfert des connaissances des institutions d'accueil vers ces jeunes chercheurs leur permettra de jouer un rôle décisif dans la communauté scientifique et dans les grandes installations.

Coordinateur du projet

Monsieur Cyril Proust (Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LPS Laboratoire de Physique des Solides
SPEC Service de physique de l'état condensé
MPQ Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques
LNCMI LABORATOIRE NATIONAL DES CHAMPS MAGNETIQUES INTENSES
LNCMI Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses

Aide de l'ANR 661 176 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2019 - 48 Mois

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