Nouveaux Supraconducteurs Organiques pour des économies d'Energie – NOiSE

Dans un contexte de tension pour l’approvisionement en énergie, combiné avec l'objectif de réduire les émissions de gas à effet de serre à travers le monde, la supraconductivité pourrait bien être une occasion unique de surmonter nos besoins énergétiques croissants. La supraconductivité est la technologie ultime pour économiser de l'énergie car cet état de la matière présente une résistance nulle (en dessous d'une certaine température Tc). Elle permet le transport d’électricité sans dissipation. De nombreuses applications basées sur la supraconductivité ont été développées. Le transport et le stockage efficace de l'électricité est nécessaire, pour la production de champ magnétique élevé (IRM, aimants au LHC, moteurs), pour le transport et pour les ordinateurs à très grande vitesse avec une consommation électrique réduite. En outre, des appareils dotés d'une sensibilité au champ magnétique sans précédent peuvent être réalisés en utilisant des technologies supraconductrices (magnétomètre pour les activités médicales et géologiques). Toutefois, des supraconducteurs avec de meilleures caractéristiques sont nécessaires pour réaliser les percées technologiques et sociétales dont nous avons besoin; en particulier: des matériaux à température critique élevée; mais plus important: des supraconducteurs qui sont plus faciles à synthétiser et avec un impact réduit sur l'environnement.

En dépit de leur haute température critique (150K maximum), le développement à grande échelle d’applications à base de supraconducteurs à haute température (cuprates) pourrait être limité, car ils sont composés de terres rares qui sont difficiles à extraire (pollution de l'environnement) et coûteux. Le supraconducteur idéal qui pourrait conduire à des changements sociétaux et à des applications dans notre vie quotidienne doit être composé d’atomes naturellement abondants, facile et pas cher à produire (faible temperature de synthèse) et surtout avec une haute Tc. Les supraconducteurs à base de carbone peuvent ouvrir la voie à une telle percée. En effet, les matériaux à base de carbone semblent être les meilleurs candidats pour des dispositifs (supra)conducteurs ayant un impact réduit sur l'environnement.

En 2010, la découverte de supraconductivité à une température relativement élevée (18K) dans du picène dopé en alcalins par le groupe de Y. Kubozono au Japon représente une percée dans le domaine. Ces hydrocarbures poly-aromatiques (HPA) dopés représentent un nouveau paradigme pour l'étude de la supraconductivité et son interaction avec d'autres états (quantiques) de la matière.

La présente proposition vise à étudier cette famille de supraconducteurs organiques en contrôlant chaque étape du processus: l'intercalation de métal sur des poudres de HPA, la croissance de monocristaux, la caractérisation et la mesure des propriétés électroniques en fonction du champ magnétique et de la pression appliquée, afin de comprendre le mécanisme à l’origine de la supraconductivité. Plus précisément, nous allons étudier l’état supraconducteur et l'état normal: la supraconductivité est elle conventionnelle? Présence de phase en competition avec la supraconductivité ? Rôle des corrélations électroniques ? Criticité quantique? Nos objectifs sont d’optimiser la supraconductivité des composés HPA dopés existants, de trouver de nouveaux composés supraconducteurs à Tc plus élevée et de rationaliser les propriétés électroniques de la molécule unique nécessaires à l'apparition de la supraconductivité.

Ce projet permettra au coordinateur de développer une nouvelle thématique de recherché au LNCMI, lui permettant ainsi de lancer sa propre activité de recherche. Il n’existe aucune activité de recherche en France sur ces supraconducteurs à base de carbone pour le moment. Principalement deux groupes à travers le monde travaillent sur la synthèse de ces supraconducteurs (Kubozono au Japon et Chen en Chine), avec très peu de travail sur l'étude des propriétés électroniques (physiques).