CNRS Le Journal n°255 avril 2011
CNRS Le Journal n°255 avril 2011
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°255 de avril 2011

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : CNRS

  • Format : (215 x 280) mm

  • Nombre de pages : 44

  • Taille du fichier PDF : 6,5 Mo

  • Dans ce numéro : La supraconductivité prend son envol

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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© B. rajau/CNrsPhotothèque ©c.frésillon/CNrsPhotothèque 09 w 09 Cet appareil de mesure permet d’étudier les propriétés électroniques fondamentales d’une couche mince d’oxyde supraconducteur (au centre du porteéchantillon jaune). 28 Les physiciens sont loin d’avoir compris l’origine de la supraconductivité dans de nombreux matériaux. Or, révolution nano oblige, les voilà contraints de se poser une nouvelle question : quid de ce phénomène pour les objets dont la taille avoisine le millionième de millimètre ? Voire : « La supraconductivité a-t-elle un sens à cette échelle ? », s’interroge Hélène Bouchiat, du Laboratoire de physique des solides, à Orsay. une propriété contagieuse Dans les matériaux à une ou deux dimensions, les électrons se repoussent si violemment qu’il est difficile d’imaginer qu’ils puissent former ces paires indissociables de l’état supraconducteur | L’enquête cnrs I LE JOurnal Surprises à l’échelle nano (lire l’encadré p. 22). Pourtant, les chercheurs du groupe d’Hélène Bouchiat ont fait une découverte surprenante. Ils ont montré qu’un conducteur, dit moléculaire, de taille nanométrique – nanotube de carbone, graphène, fullerène, brin d’ADN –, dès lors qu’il est connecté à un supraconducteur, peut acquérir luimême l’étonnante propriété. « On dit qu’il devient supraconducteur par effet de proximité, explique la physicienne. L’état est fragile, car aucune « colle » ne maintient 10 10 Des échantillons de matériaux supraconducteurs sont placés sous un champ magnétique dans un microscope à effet tunnel afin d’étudier la supraconductivité à l’échelle nanométrique. 11 Des nanotubes de carbone (en rouge) déposés sur un supraconducteur (en noir) acquièrent une supraconductivité par effet de proximité. 11 les paires électroniques à l’origine de la supraconductivité, mais on l’observe dans un matériau où elle ne se manifeste pas naturellement. » Et les étonnantes réactions des nanos à la supraconductivité ne s’arrêtent pas là. L’équipe de Dimitri Roditchev, de l’Institut des nanosciences de Paris 1, s’intéresse à l’effet d’un champ magnétique sur des échantillons nanométriques supraconducteurs. Notamment à son effet sur les microscopiques boucles de courant électronique, appelées vortex, qui apparaissent dans le supraconducteur lorsque le champ dépasse une certaine intensité. forte résistance magnétique Comme le souligne le chercheur, « dans le cas de supraconducteurs massifs, la densité de vortex croit avec le champ magnétique et, au-delà d’une certaine intensité, ces vortex sont tellement serrés les uns contre les autres qu’ils finissent par détruire la supraconductivité. Or nous avons constaté que, dans le cas d’un échantillon nanométrique, les vortex peuvent être beaucoup plus proches. Ainsi les nano-supras résistent à des champs de quatre à vingt fois supérieurs ». Et les nano-supras n’ont pas qu’un intérêt fondamental. Ainsi, Jérôme Lesueur, du Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (LPEM) 2, à Paris, étudie les propriétés de couches nanométriques de différents oxydes sur un substrat de titanate de strontium. Alors qu’aucun 1 µm ©r.dEBLock
 » enregistrer d’infimes champs magnétiques N°255 I avril 2011 L’enquête | 29 Un reportage photo au LPEM est à voir sur le journal feuilletable en ligne > www2.cnrs.fr/journal de ces matériaux n’est supraconducteur (ce sont même des isolants !) , leur interface le devient. Certes, l’effet ne se produit qu’au-dessous d’une température de – 272,85 °C, loin de toute possibilité d’applications immédiates. Mais, comme le relève le scientifique, « cette propriété singulière s’ajoute à celles déjà nombreuses des oxydes en couches minces ». De quoi stimuler l’imagination des chercheurs alors que la supraconductivité envahit à peine le monde des nanos. 1. Unité CNRS/UPMC. 2.unité CNRS/ESCPI ParisTech/UPMC. Contacts : Hélène Bouchiat > bouchiat@lps.u-psud.fr Jérôme Lesueur > jerome.lesueur@espci.fr Dimitri Roditchev > dimitri.roditchev@insp.jussieu.fr Pour en savoir + à lire i La Guerre du froid. Une histoire de la supraconductivité, Claude Matricon et Georges Waysand, Seuil, coll. « Science ouverte », 1994 à écouter i À quand les supraconducteurs à température ambiante ? Dimitri Roditchev est invité de l’émission Info sciences sur France Info (27 mai 2010) > www.france-info.com/chroniquesinfo-sciences-2010-05-27-a-quand-lessupraconducteurs-a-temperatureambiante-447189-81-165.html# à voir i Les supraconducteurs et leurs fascinantes propriétés (2011, 114 min), conférence de Julien Bobroff > www.sites.univ-rennes2.fr/webtv/appel_film.php ? lienFilm=537 en ligne i Les événements organisés à l’occasion du centenaire de la supraconductivité sont sur le site du cnrs : Supra 2011. > www.cnrs.fr/supra2011/web Un album photo sur la banque d’images du cnrs et une sélection de films sur le catalogue de la vidéothèque. > http:Ilphototheque.cnrs.fr > http:Ilvideotheque.cnrs.fr © ESA Voir le cerveau fonctionner en direct : voilà l’une des prodigieuses applications du Squid. De quoi s’agit-il ? Du magnétomètre le plus sensible qui soit, et dont le fonctionnement repose une nouvelle fois sur la supraconductivité. Grâce à lui, on peut enregistrer les minuscules champs magnétiques à la surface du crâne dus à l’activité neuronale, bien qu’ils soient un milliard de fois moins intenses que le champ terrestre. Objet de nombreuses recherches, cette technique – complémentaire de l’irm, mais spatialement moins précise – permet néanmoins de réaliser une image toutes les millisecondes. La sensibilité des Squid les rend particulièrement adaptés à l’étude du champ magnétique terrestre, avec des applications en paléomagnétisme et en archéologie. q Les Squid sont utilisés pour la magnétoencéphalographie, afin de mesurer l’activité des neurones. Contacts : Denis Schwartz > denis.schwartz@upmc.fr Jean-Pierre Valet > valet@ipgp.fr Observer l’infiniment grand La supraconductivité sert aussi à étudier l’Univers. Car, dans certains domaines d’observation, comme l’infrarouge lointain ou le rayonnement millimétrique, l’énergie d’un photon est trop faible pour être détectée par les appareils habituels. Les astrophysiciens utilisent donc des bolomètres, des détecteurs dont la sensibilité est maximale lorsqu’ils sont rendus supraconducteurs. Couramment utilisés sur Terre, de tels instruments sont en plein développement pour les satellites. Ils équiperont par exemple l’instrument Safari – dont le projet est piloté par le Centre d’étude spatiale des rayonnements 1 de Toulouse – installé sur le futur satellite japonais Spica, dédié à l’observation de la formation des galaxies et des systèmes d’étoiles. Ou encore sur le satellite Core, qui pourrait être l’un des successeurs de Planck pour l’étude du rayonnement fossile. 1. Unité CNRS/Université Paul-Sabatier. Contact : Michel Piat > michel.piat@apc.univ-paris7.fr q Le télescope spatial Spica embarquera un instrument doté de bolomètres supraconducteurs. ©Elekta AB



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