Des chercheurs de l’Université de Fribourg et de l’Institut Paul Scherrer (PSI) ont découvert une nouvelle forme de coexistence entre la supraconductivité et le magnétisme qui à l’avenir pourrait s’avérer utile dans des applications techniques, par exemple dans le domaine des ordinateurs quantiques. Les résultats de la recherche sont publiés dans un article de l’édition online du journal scientifique «Nature Materials».

Le ferromagnétisme et la supraconductivité sont des phénomènes physiques opposés qui ne cohabitent pas bien ensemble. On peut cependant forcer leur coexistence en disposant en alternance de minces couches de ferromagnétiques et de supraconducteurs. Des chercheurs de l’Université de Fribourg et de l’Institut Paul Scherrer ont analysé ce qui se passe lorsque l’on utilise dans ce cadre un supraconducteur à haute température et sont parvenus à un résultat étonnant. Le supraconducteur à haute température «donne le ton» et modifie fondamentalement l’état du ferromagnétique. Ces «états de compromis» résultant de la compétition entre la supraconductivité et le ferromagnétisme présentent des caractéristiques qui pourraient à l’avenir s’avérer utiles dans des applications techniques, comme par exemple dans le domaine des ordinateurs quantiques. Pour faire part de leur découverte, les chercheurs viennent de publier un article dans l’édition online du journal scientifique «Nature Materials».

Influence inattendue
Pour effectuer leurs recherches, les scientifiques ont disposé en alternance des couches de 10 nanomètres d’épaisseur du supraconducteur Y0.6Pr0.4Ba2Cu3O7 et du ferromagnétique La2/3Ca1/3MnO3. Profitant du fait que ces oxydes s’empilent très bien les uns sur les autres, ils ont pu les combiner en structures de couches de très haute qualité.
Au début de l’expérience, toutes les couches ferromagnétiques sont aimantées de manière identique. En refroidissant l’échantillon, les chercheurs font en sorte que les couches supraconductrices perdent leur résistance électrique, avec pour conséquence une modification immédiate de la magnétisation : chaque deuxième couche est alors aimantée deux fois plus puissamment qu’auparavant, tandis que les autres ne le sont pratiquement plus. Les chercheurs expliquent ce phénomène surprenant par le fait qu’il existe plusieurs états possibles dans le matériel magnétique. Ce sont les conditions externes et différents facteurs qui influent très sensiblement sur ces états.

Quelle application pratique ?
Les systèmes de couches fines dans les matériaux magnétiques ont, grâce à leurs propriétés inhabituelles, révolutionné l’électronique moderne. C’est ainsi que le nouveau phénomène pourrait permettre des applications intéressantes. Le travail démontre que les structures en couches d’oxydes offrent un important «répertoire» de caractéristiques inhabituelles.

L’Université de Fribourg 
Quelque 10’000 étudiant-e-s et plus de 200 professeur-e-s issus de près de 100 pays étudient, enseignent et font des recherches dans les cinq facultés de l’Université de Fribourg. La Faculté des sciences a une longue tradition d’excellence en recherche sur les nano-matériaux, Frimat ainsi que le récent institut Adolphe Merkle Institute en sont les fleurons. 


FriMat 
Le « Fribourg Center for Nanomaterials » a été créé en 2006. Il associe un programme de recherche fondamentale de pointe sur la physique de la matière condensée avec une approche innovatrice. FriMat se consacre non seulement à l’élaboration de nouveaux matériaux et à la promotion de la nanotechnologie, mais également à l’étude des risques potentiels liés aux nanoparticules et au développement de nouveaux outils essentiels permettant de répertorier les nanoparticules dans l’environnement. 

L’Institut Paul Scherrer développe, construit et exploite des centres de recherche et se met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Ses points forts sont la recherche sur les corps solides et la science des matériaux, les particules élémentaires, la biologie, la médecine, la recherche sur l’énergie et l’environnement. Avec ses 1300 collaborateurs et un budget d’environ 260 Mio. CHF, le PSI est le plus grand institut de recherche en Suisse.


Contacts : Prof. Christian Bernhard, Département de physique et «Fribourg Center for Nanomaterials – FriMat», Université de Fribourg, 026 300 90 70, christian.bernhard@unifr.ch
Dr Jochen Stahn, Laboratory for Neutron Scattering, ETH Zurich & Paul Scherrer Institut, 056 310 25 18, jochen.stahn@psi.ch

Photos et article original : Giant superconductivity-induced modulation of the ferromagnetic magnetization in a cuprate-manganite superlattice:

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> Photos [12 Mo, zip]
Légende: Justin Hoppler (doctorant, Uni Fribourg et PSI) et Jochen Stahn (PSI) préparent la mesure des neutrons dans le système de couches fines.
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