La supraconductivité

Dans un supraconducteur, la mécanique quantique se manifeste à l’échelle macroscopique. Le passage à cet état (en général obtenu en abaissant la température) mène à une série de modifications importantes de plusieurs propriétés physiques. Par exemple,

1) la résistivité électrique devient totalement nulle;
2) le matériau écrante parfaitement le champ magnétique (diamagnétisme parfait).

Ces deux propriétés à elles seules permettent d’imaginer toute une série d'applications. Certaines existent déjà, par exemple dans les appareils à imagerie médicale ou dans les magnétoencélographes, d’autres plus futuristes, comme l’ordinateur quantique, pourraient un jour révolutionner la technologie.

Les chercheurs du Département de physique de l’Université de Sherbrooke explorent la supraconductivité sur deux fronts qui se renforcent mutuellement : théorique et expérimental. Les théoriciens ont développé une expertise unique reconnue mondialement sur les supraconducteurs organiques et sur les supraconducteurs à haute température critique. Les expérimentateurs ont réalisé des expériences marquantes qui apportent un éclairage nouveau et décisif sur les propriétés des supraconducteurs à haute température critique. Ces chercheurs sont membres de l’Institut canadien de recherches avancées et du Regroupement québécois sur les matériaux de pointe.

Du point de vue théorique, les propriétés des supraconducteurs à haute température de transition (~ 100 K) ne peuvent pas être expliquées par les approches conventionnelles, approches qui ont pourtant eu pour les métaux et les semiconducteurs des succès retentissants visibles aujourd'hui entre autres en électronique moderne.

Le défi posé par les supraconducteurs à haute température de transition s'étend à plusieurs autres classes de matériaux qui ont en commun une très forte anisotropie (uni- ou bi-dimensionnelle), la présence d'interactions fortes entre les électrons et l'importance des phénomènes quantiques collectifs. On regroupe ces matériaux sous le vocable de matériaux quantiques.

Trois chercheurs du Département de physique y consacrent leurs recherches. Ce groupe a aussi développé une expertise unique dans le domaine des supraconducteurs organiques, un domaine où Sherbrooke est reconnu mondialement tant pour ses recherches théoriques qu’expérimentales. Ce groupe emploie des techniques de simulations numériques avancées qui utilisent les ordinateurs les plus puissants au Canada, dont Mammouth, situé à Sherbrooke.

La découverte des supraconducteurs à haute température a aussi marqué le développement des techniques expérimentales de croissance, des mesures de propriétés physiques et de fabrication de circuits à base de nouveaux matériaux.

Au point de vue de la croissance, Sherbrooke se situe avantageusement dans le domaine des supraconducteurs à haute température puisque le Département de physique utilise des infrastructures de croissance à la fine pointe tant pour les cristaux (fours à haute température, four à image, four tri-arc) que pour les couches minces (ablation laser).

Du côté des mesures expérimentales, les matériaux produits localement et ceux obtenus par l'entremise de collaborateurs externes sont étudiés grâce à une gamme complète de sondes atteignant les très basses températures (jusqu'à 30 milliKelvin), et ce, sous des champs magnétiques intenses (jusqu'à 20 Tesla).

Finalement, ces nouveaux matériaux sont déjà intégrés dans une vaste gamme de nouvelles applications (par exemple : les communications par téléphone cellulaire). Le Département de physique développe activement ce champ d'activités en collaboration avec plusieurs chercheurs du Département de génie électrique. Des projets de conception, de fabrication et de caractérisation de composants opérant dans les régimes micro-ondes et terahertz, des microstructures novatrices et des nanostructures fonctionnelles se concrétisent afin de mieux comprendre et inventer.