Quatre chercheurs de haut vol se sont vu décerner un ERC Synergy Grant de plus de 14 millions d’euros pour approfondir la compréhension des propriétés quantiques de certains matériaux. Ce subside leur a été attribué par le Conseil européen de la recherche (ERC) de l'Union européenne. L'équipe est constituée de trois chercheurs de Suisse et d'un chercheur de Suède: Gabriel Aeppli du PSI, Henrik Rønnow de l'EPFL, Nicola Spaldin de l'ETH Zurich et Alexander Balatsky du Nordita, Université de Stockholm.
L'objectif de leur recherche commune est de révéler certaines propriétés quantiques cachées dans des matériaux connus, autrement dit des propriétés qui n'ont pas pu être visualisées avec les méthodes utilisées jusque-là. Les scientifiques prévoient par ailleurs de développer de nouveaux matériaux dotés d'effets quantiques taillés sur mesure. A l'avenir, de tels effets pourraient être utilisés pour traiter, transmettre et stocker des données, et ainsi constituer l'épine dorsale de l'électronique du futur, laquelle devra être plus rapide, plus petite et moins énergivore.
Il est extrêmement important que nous empoignions maintenant cette recherche, souligne Gabriel Aeppli, chercheur en photonique au PSI. Les technologies de l'information actuelles basées sur le silicium sont encore fondées sur des principes qui ont été découverts il y a environ 70 ans. Nous nous heurtons aux limites du faisable, notamment en termes de vitesse et d'efficacité énergétique. Nous devons donc gravir l'échelon suivant dans la révolution de l'information et tirer mieux parti des effets quantiques.
Comme la Suisse n'est pas membre de l'UE, sa place dans le système d'encouragement ERC ne va pas de soi. Pour l'heure, elle y est pleinement affiliée et le taux de succès des candidatures de chercheurs actifs en Suisse pour des bourses ERC est particulièrement élevé.
Les trois chercheurs de Suisse auxquels l'ERC Synergy Grant vient d'être attribué travaillent tous dans le Domaine des EPF. Cela leur facilite notamment la tâche pour mettre en commun leur expertise, estime Henrik Rønnow. Ce chercheur en neutronique à l'EPFL est convaincu que les quatre spécialistes qui unissent maintenant leurs forces feront avancer ce domaine: Chaque fois que nous nous réunissions, nous constatons que nos points de vue sont très différents, mais que souvent, nous regardons la même chose. Par le passé déjà, mes discussions avec les trois autres m'ont donné de nouvelles idées pour mieux trouver ce que je cherchais. Je me réjouis d'élargir cette collaboration.
Ce que les scientifiques entendent par phénomènes cachés peut être illustré par une analogie: Imaginons une grande surface faites de pixels bleus et jaunes, explique Nicola Spaldin, spécialiste de chimie théorique et de sciences des matériaux à l'ETH Zurich. Vu de loin, elle semble verte, mais si nous la scrutons plus attentivement, nous découvrons des informations supplémentaires, en l'occurrence la manière dont le jaune et le bleu sont agencés pour donner le vert. Ces informations sont donc aussi évidentes que cachées. Dans le cas des phénomènes quantiques, les propriétés cachées sont tout sauf simples à débusquer, précise la chercheuse. C'est pour cela que nous avons besoins des instruments d'analyses avancés des grandes installations de recherche du PSI, si nous voulons les découvrir, souligne-t-elle encore.
Le quatrième scientifique de l'équipe, Alexander Balatsky du Nordita, Université de Stockholm, est spécialiste de physique théorique. Pour bien illustrer l'importance du projet de recherche commun, il fait un détour historique: Nous parlons de l'Age de la pierre, de l'Age du bronze, de l'Age du fer et nous disons que l'humanité est actuellement à l'Age du silicium. Il est pour ainsi dire certain que c'est l'Age quantique qui lui succédera. Reste la question: quel sera le matériau quantique? Pour l'heure, nous devons analyser un grand nombre de matériaux candidats. Pour faire une course, il faut plusieurs chevaux. Et nous espérons évidemment que, pour finir, c'est l'un de nos matériaux qui remportera la course.
Les chercheurs ont baptisé leur projet de recherche commun HERO, un acronyme pour Hidden, entangled and resonating orders, c'est-à-dire ordres cachés, intriqués et résonnants. Toutes ces dénominations désignent d'importantes propriétés quantiques sur lesquelles ils vont se pencher dans le but de découvrir les éventuels matériaux du futur. Pour ce faire, ces éminents chercheurs vont utiliser les différentes installations de recherche du PSI pour mener des analyses qui se complèteront mutuellement. Ils exploiteront aussi la puissance de calcul du Swiss National Supercomputing Centre CSCS, le Centre suisse de calcul scientifique de l'ETH Zurich à Lugano.
Texte: Institut Paul Scherrer/Laura Hennemann
À propos du PSI
L'Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite des grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Les domaines de recherche de l'institut sont centrés sur la matière et les matériaux, l'énergie et l'environnement ainsi que la santé humaine. La formation des générations futures est un souci central du PSI. Pour cette raison, environ un quart de nos collaborateurs sont des postdocs, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 2100 personnes, étant ainsi le plus grand institut de recherche de Suisse. Le budget annuel est d'environ CHF 390 millions. Le PSI fait partie du domaine des EPF, les autres membres étant l'ETH Zurich, l'EPF Lausanne, l'Eawag (Institut de Recherche de l'Eau), l'Empa (Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) et le WSL (Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage).
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Gabriel Aeppli, responsable de la division de recherche Sciences photoniques, Institut Paul Scherrer, Forschungsstrasse 111, 5232 Villigen PSI, Suisse
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Henrik Rønnow, directeur du Laboratoire de magnétisme quantique, EPFL SB IPHYS LQM, PH D2 455, Station 3, 1015 Lausanne, Suisse
Téléphone: +41 21 693 03 29, e-mail: henrik.ronnow@epfl.ch [anglais]
Nicola Spaldin, professeure de théorie des matériaux, ETH Zurich, HIT G43.3, Wolfgang-Pauli-Strasse 27, 8093 Zurich, Suisse
Téléphone: +41 44 633 37 55, e-mail: nicola.spaldin@mat.ethz.ch [anglais]
Alexander Balatsky, professeur au Nordic Institute for Theoretical Physics Nordita, Roslagstullsbacken 23, SE-106 91 Stockholm, Suède
Téléphone: +46701917870, e-mail: avb@nordita.org [anglais]
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Institut Paul Scherrer
