Supraconductivité et Chiralité structurale dans des solides moléculaires – INTRINSIC

La supraconductivité - technologie ultime pour les économies d'énergie de par sa capacité à transporter et à stocker de l'énergie sans pertes - a suscité beaucoup d'intérêt ces 10 dernières années pour son utilisation dans les matériaux quantiques. Bien que la supraconductivité topologique représente un grand défi pour la compréhension de ses propriétés fondamentales, il existe également une tendance marquée dans son utilisation comme élément de base pour le calcul quantique.

La plupart des travaux sur les supraconducteurs chiraux se réfèrent soit à des composés centrosymétriques (tels que Sr2RuO4 ou UPt3), soit à des composés non-centrosymétriques (tels que CePt3Si). Ces deux classes de composés - à structure cristalline achirale - ont fait l'objet de travaux théoriques et expérimentaux intenses au cours des 20 dernières années et suscitent encore de nombreuses activités de recherche. Néanmoins, de nouveaux matériaux supraconducteurs chiraux font défaut et sont recherchés. Les supraconducteurs à structure cristalline chirale (SCCS) représentent une stratégie alternative pour entrelacer supraconductivité et chiralité, mais peu de SCCS massifs ont été découverts jusqu'à présent. La principale limitation dans la conception de SCCS inorganiques est que la chiralité structurale est difficile à prévoir et que la synthèse sélective de chaque énantiomère est quasiment impossible, empêchant l’étude comparative de l’effet de la chiralité sur la supraconductivité.

Dans le cadre du projet INTRINSIC, nous proposons comme stratégie innovante d'utiliser des supraconducteurs moléculaires pour surmonter ces limitations. Un centre chiral peut être sélectivement introduit au sein d'une molécule, permettant la purification et la caractérisation de chaque énantiomère en solution. La molécule synthétisée, avec une chiralité définie, peut ensuite être cristallisée pour obtenir un conducteur moléculaire avec une structure cristalline chirale de manière contrôlée. De plus, les matériaux moléculaires offrent un grand potentiel pour ajuster finement les propriétés électroniques grâce à l'ingénierie chimique. Ce projet s'appuie sur une percée récente réalisée par P2: la découverte du premier SCCS moléculaire dont la chiralité peut être totalement contrôlée.

L'objectif du projet INTRINSIC est d'étudier les propriétés supraconductrices et de l'état normal de ces solides moléculaires qui cristallisent dans une structure cristalline chirale afin de démontrer s’ils peuvent présenter un état supraconducteur topologique non-trivial. Ce projet rassemble des chimistes et des physiciens capable de maitriser les différentes étapes : de la conception des supraconducteurs moléculaires chiraux, à leur synthèse, caractérisation et à l'étude des propriétés supraconductrices et de l'état normal.

La partie chimie, dirigée par le partenaire 2 (P2, Moltech, Angers), vise à concevoir, synthétiser et caractériser deux nouvelles familles de solides moléculaires qui cristallisent dans une structure cristalline chirale. La première est constituée de complexes métal-dithiolènes et de leurs homologues TTF-dithiolènes, s'appuyant sur la récente percée de P2. La deuxième famille est constituée d'hélicènes et d'hétérohélicène dopés en électrons. La partie physique, dirigée par le partenaire 1 (ICMCB, Bordeaux), vise à démontrer si les deux systèmes proposés peuvent héberger un état supraconducteur topologique non-trivial et établir les propriétés de l'état normal en utilisant principalement des mesures de magnétotransport sous pression. Celles-ci incluent la mesure du champ critique, les mesures d'oscillations quantiques en champ magnétique intense et à basse température, et des mesures de l'anisotropie magnétochirale de la résistivité.

Le projet INTRINSIC est un projet de recherche fondamentale qui vise principalement à produire et à accroître les connaissances scientifiques dans les domaines de la chiralité et de la supraconductivité non-conventionnelle.