Nouveaux développements pour la supraconductivité dans les cuprates

Qu’est-ce qui attire un candidat au doctorat à étudier à l’Université de Sherbrooke ? Pour Sidhartha Dash, ce sont les professionnels de renommée mondiale de l’Institut quantique (IQ) alors qu’il choisit le professeur David Sénéchal comme directeur de thèse. Arrivé à l’automne 2017 de l’Inde pour faire ses études doctorales en physique de la matière condensée, Sidhartha a soutenu avec succès sa thèse en novembre dernier.

De l’Inde vers Sherbrooke

La poursuite d’une carrière en physique a été motivée par la passion de Sidhartha pour la compréhension de phénomènes naturels dans son environnement. « J’étais grandement fasciné par le fait que nous pouvons avoir des équations pour décrire la plupart des choses que nous voyons autour de nous, et c’est la raison pour laquelle j’ai adhéré à la physique très tôt », dit le nouveau doctorant. En effet, avant de venir à Sherbrooke, Sidhartha a complété la maîtrise intégrée au National Institute of Science Education and Research (NISER) en Inde, qui est un diplôme combinant un baccalauréat et une maîtrise en physique. « Au cours de mes études en physique, j’ai constaté que ce domaine pouvait également être très abstrait. J’ai choisi d’étudier la physique de la matière condensée parce qu’elle offre une compréhension intuitive des phénomènes qui se produisent à l’intérieur d’un solide », ajoute le physicien.

Les trois phases des cuprates supraconducteurs

« Sidhartha, grâce à sa persévérance et à sa rigueur scientifique, a contribué à identifier le facteur déterminant l’ampleur de la supraconductivité dans les supraconducteurs à haute température, un problème vieux de 35 ans », précise le P^r David Sénéchal. Les cuprates supraconducteurs, découverts en 1987, ont placé les chercheurs devant un nouveau dilemme, car la théorie existante ne pouvait pas décrire la supraconductivité de ces matériaux à haute température. Depuis, des recherches approfondies ont permis de combler en grande partie le manque de connaissances, mais de nombreux aspects restent encore à comprendre. Les travaux de Sidhartha ont contribué à combler cette lacune dans une certaine mesure. Ses recherches ont porté sur trois phases des cuprates, soit la supraconductivité, les ondes de densité de charge et le pseudo-gap, qui n’est pas complètement compris.

La plupart des autres théoriciens ont formulé des propositions pour le mécanisme de la supraconductivité dans les cuprates en utilisant le modèle de Hubbard à une bande. Ce qui distingue la recherche de Sidhartha des autres est qu’elle a utilisé le modèle de Hubbard à trois bandes, une suggestion faite par le P^r David Sénéchal. « Bien que nos résultats correspondent aux propositions existantes dans le cadre du modèle de Hubbard à une bande, nous observons des caractéristiques supplémentaires, qui n’étaient pas explicables par ce modèle. En appliquant la théorie du champ moyen dynamique sur amas (CDMFT) au modèle de Hubbard à trois bandes avec des paramètres adaptés aux cuprates, nous avons découvert que la température critique est corrélée à ce que l’on appelle la teneur en trous sur les orbitales de l’oxygène. Nous avons également découvert qu’il existe deux types de supraconductivité dans les cuprates », détaille le doctorant.

Ses travaux, en collaboration en partie avec le P^r André-Marie Tremblay, ont fourni de nouvelles perspectives qui présentent un intérêt direct pour les expériences menées par les chimistes, en vue de la construction de nouveaux supraconducteurs à haute température. En effet, les recherches de Sidhartha ont montré non seulement que la force de la supraconductivité est liée à la teneur en trous sur les orbitales de l’oxygène, mais aussi à la nature covalente de la liaison entre le cuivre et l’oxygène. « Cette découverte propose une nouvelle direction pour fabriquer de nouveaux supraconducteurs. Au lieu d’utiliser du cuivre et de l’oxygène, on pourrait utiliser des matériaux qui forment des liaisons de nature plus covalente, ce qui pourrait conduire à un supraconducteur à haute température », ajoute-t-il. Cette amélioration potentielle pourrait grandement profiter au développement de l’ordinateur quantique.

Un tremplin vers un postdoc

« J’ai beaucoup apprécié mon expérience à l’Université de Sherbrooke. Bien sûr, il y avait des défis à relever en étudiant dans un milieu francophone, mais le département était très accueillant et les réunions de groupe se déroulaient en anglais. Pendant ma soutenance de doctorat, les membres du comité et du jury m’ont soutenu, et mes nouveaux amis étaient heureux pour moi. C’était une très bonne expérience », partage le membre de l’IQ.

Maintenant que Sidhartha a soutenu sa thèse avec succès, il envisage de mener un projet postdoctoral pour la suite de ses études universitaires et pour contribuer à éclairer la nature de son travail futur, que ce soit dans le milieu universitaire ou dans l’industrie.

Ce fut un plaisir de vous recevoir à l’IQ, Sidhartha, et bonne chance dans vos projets !