Synthèse et propriétés physiques de nouveaux supraconducteurs d'oxydes de Nickel – SUPERNICKEL

La supraconductivité est un état quantique fascinant de la matière condensée. Son étude et sa compréhension ont toujours suscité un immense intérêt pour la physique fondamentale, mais également pour la science des matériaux. Son exploitation débouche sur des nombreuses applications technologiques: transport de courant sans perte, stockage d'énergie, calcul quantique ou capteurs avec une résolution sans précédent. En 1986, la découverte de la supraconductivité à haute Tc dans les cuprates a permis l'accélération d'énormes progrès, à la fois expérimentalement et théoriquement, dans plusieurs domaines de la physique de la matière condensée. Cependant, l'origine de la supraconductivité à haute Tc est encore un problème non résolu; Une des principales raisons est la complexité de la physique des cuprates issue des multiples interactions en compétitions (fluctuations magnétiques, fortes corrélations électroniques, couplage charge-réseau…) et ordres à proximité (onde de densité de charge, antiferromagnétisme, pseudo gap…). L'émergence de la supraconductivité dans les nickelates, «cousins» structurels et électroniques des cuprates, était très attendue, mais seulement reportée en 2018 dans les super-réseaux LaNiO3 / (La, Sr) MnO3 et en août 2019 dans des couches minces de la «Phase infinie» Nd0.8Sr0.2NiO2 / SrTiO3, en raison des processus chimiques intrinsèquement complexes pour stabiliser cette phase. Le projet SUPERNICKEL explorera les propriétés chimiques, structurales, physiques et électroniques des nouveaux nickelates supraconducteurs, en utilisant une approche transversale impliquant la synthèse de couche minces, super réseaux et de matériaux massifs, la cristallo-chimie du solide, une grande batterie de sondes macroscopiques et microscopiques expérimentales (magnéto-transport, Diffraction des rayons X, spectroscopie de photoémission, entre autres) et théorie. Nos objectifs sont de déterminer la nature et les symétries de l'état supraconducteur, l'origine de l'interaction formant les paires de Cooper, et de clarifier les similitudes et les différences entre les nickelates et les cuprates. Au cours des derniers mois, nous avons concentré nos efforts sur la maîtrise du protocole complexe permettant de stabiliser la phase de couches infinies et synthétiser le nickelate supraconducteur. Nous avons déjà obtenu des échantillons aux bonnes compositions nominales et proches de l'instabilité supraconductrice, et nous sommes confiants que très bientôt, après optimisation de leur synthèse, nous serons l'un des rares groupes au monde à disposer de nickelates supraconducteurs de bonne qualité. En parallèle, nous travaillerons sur d'autres phases de nickelate. La possibilité de synthétiser et d'étudier en profondeur, outre les couches minces et les super-réseaux, des phases volumiques de nickelates sera également une approche unique de SUPERNICKEL. Nous attendons de la comparaison film mince/matériau massif des informations essentielles et potentiellement uniques sur la spécificité de la forme film mince/substrat dans l'émergence de la supraconductivité. Notre stratégie multi-approches intègre la conception, l'élaboration, la caractérisation ccristallochimique détaillée, l'exploration des propriétés physiques et électroniques des états normal et supraconducteur et la modélisation théorique. Le consortium SUPERNICKEL couvre ainsi un large éventail de savoir-faire dans tous les domaines et techniques essentiels nécessaires pour s'attaquer à ce problème: chimie des oxydes pour la synthèse de couches massives et minces, cristallographie, corrélations fortes, magnéto-transport, structure électronique, magnétisme et supraconductivité. Nous espérons également qu'au-delà du consortium SUPERNICKEL, la dynamique de ce projet deviendra un pilier fort pour consolider et redynamiser la communauté française travaillant dans le domaine plus large des nouveaux supraconducteurs.