L’état supraconducteur de cet oxyde (en noir) est mis en évidence dans une expérience de lévitation d’un aimant. En effet, la supraconduction se caractérise par l’expulsion hors de l’échantillon de tout champ magnétique. C’est l’effet Meissner. Cet appareil utilisé sur le synchrotron Soleil illustre la capacité du labo à réaliser une instrumentation originale. © F. Restagno, J. Bobroff/CNRS Photothèque Dans le cas des oxydes, la supraconductivité survient à bien plus haute température, avec un record à –135°C observé dans l’un d’entre eux. C’est encore très froid, mais beaucoup moins que dans le cas des métaux. Au point de faire rêver à des matériaux permettant d’acheminer de l’électricité sur de longues distances sans aucune perte à température ambiante. Sauf que jusqu’à aujourd’hui, personne n’a encore élucidé l’origine de la supraconductivité des oxydes. « Elle est d’autant plus mystérieuse qu’il suffit de modifier d’un rien la composition chimique d’un oxyde pour que dans un cas il soit supraconducteur et, dans l’autre, un matériau magnétique et isolant », détaille Julien Bobroff. Récemment, le physicien et son équipe ont obtenu un résultat étonnant. Dans une expérience de RMN, les chercheurs ont en effet découvert que tous les électrons présentaient du magnétisme 3 et, en même temps, la propriété de supraconduction. « C’est fascinant, s’exclame l’expérimentateur. Car en principe magnétisme et supraconduction ont plutôt tendance à s’exclure l’un l’autre. Or nos résultats suggèrent qu’ils pourraient avoir une origine commune dans le cas des pnictides. » Pour parvenir à ces résultats, les chercheurs du LPS ont profité d’une étroite collaboration avec des physiciens et des chimistes du Service de physique de l’état condensée du CEA, à Saclay. Comme le précise Jean-Paul Pouget, « avec le CEA, l’université d’Orsay et les différents laboratoires de Palaiseau, le LPS jouit d’un environnement scientifique extraordinaire. Pour le mettre à profit, nous avons initié en 2006 un Réseau thématique de recherche avancée intitulé le « Triangle d’or de la physique » qui permet le financement de projets communs aux différents laboratoires associés. » De son côté, Véronique Brouet, autre spécialiste de la supraconduction à haute température critique au LPS, se prépare à profiter d’un autre voisinage. Celui de la source nationale de rayonnement synchrotron 4 Soleil, pour des expériences dites de photoémission. « Le laboratoire est à l’origine de plusieurs appareillages équipant certaines lignes de Soleil, en particulier la ligne de photoémission, explique la physicienne. Cette technique permet d’avoir accès à la relation entre l’énergie d’un électron et la direction dans laquelle il se propage au sein LE LABORATOIRE DE PHYSIQUE DES SOLIDES EN CHIFFRES Comptant parmi les plus importantes unités nationales en matière condensée, le LPS accueille entre 200 et 250 personnes au quotidien. Dont 61 chercheurs CNRS, 35 enseignants-chercheurs, 50 ingénieurs, techniciens et personnels administratifs et 35 doctorants. 18 équipes de recherche sont regroupées en trois axes : « Nouveaux états électroniques de la matière », « Phénomènes physiques aux dimensions réduites », « Matière molle et interface physique/biologie ». Les thèmes de recherche s’étendent donc des supraconducteurs aux tissus vivants, en passant par les cristaux liquides et les nano-objets. Entre 2005 et 2008, le LPS a produit 650 publications, dont 500 articles dans des revues internationales à comité de lecture. © V. Brouet Représentation schématique des moments magnétiques (ou spins) d’atomes de cuivre au sein d’un échantillon d’oxyde appelé échelle de spins. VIEDESLABOS 7 d’un matériau. C’est donc une technique complémentaire de la RMN qui, elle, donne des informations sur leur répartition spatiale. » UNE DÉSORGANISATION QUI MET DE L’ORDRE Grâce à la RMN, les chercheurs du LPS ont aussi obtenu des résultats remarquables sur des matériaux appelés échelles de spins, où le réseau cristallin forme les barreaux d’une échelle à l’extrémité desquels se positionnent les électrons. Dans un matériau standard, à très basse température, les spins de tous les électrons s’orientent soit tous dans la même direction, soit tête-bêche. On dit alors que le matériau présente un ordre magnétique. Inversement, dans une échelle de spins, les électrons s’orientent dans n’importe quelle direction. Le matériau est donc magnétiquement désordonné. « Or nous avons montré, en collaboration avec Nicolas Laflorencie, un jeune théoricien du laboratoire, qu’en retirant aléatoirement un atome magnétique sur 100, le système jusqu’alors désordonné, s’ordonnait ! », s’enthousiasme Julien Bobroff. Le résultat a en effet de quoi surprendre puisque c’est un peu comme si déplacer au hasard quelques livres d’une bibliothèque suffisait à positionner par ordre alphabétique tous les autres ! Gourmandise de spécialistes des bizarreries quantique ? Peut-être. Mais c’est aussi au LPS que le Prix Nobel Albert Fert a découvert en 1988 une autre étrange propriété de la matière condensée appelée magnétorésistance, à l’origine d’une nouvelle électronique fondée sur le magnétisme, la spintronique. « L’important est de faire en sorte que le laboratoire ne soit pas une tour d’ivoire, précise Jean-Paul Pouget. Ainsi nous encourageons les collaborations avec d’autres entités, avec des industriels et même entre les différents axes de recherches de nos équipes. Car c’est à l’interface entre les disciplines existantes qu’en apparaissent de nouvelles. » Les chercheurs du LPS sont donc sur tous les fronts de la matière condensée. Et grâce à leur nouvel aimant dédié à la RMN, probable que les spécialistes des électrons ne seront pas en reste. Mathieu Grousson 1. Unité CNRS/Université Paris-XI. 2. Le tesla est l’unité de mesure des champs magnétiques. En comparaison, celui de la Terre est de l’ordre de 50 microteslas. 3. C’est-à-dire que leur spin (aimantation interne) s’oriente dans une direction privilégiée. 4. Le rayonnement synchrotron est un rayonnement électromagnétique émis par des électrons en mouvement. CONTACTS ➔ Jean-Paul Pouget, pouget@lps.u-psud.fr ➔ Julien Bobroff, bobroff@lps.u-psud.fr ➔ Véronique Brouet, brouet@lps.u-psud.fr Le journal du CNRS n°238 novembre 2009 © J. Bobroff