Quatorze millions d’euros pour étudier le cœur des matériaux

Cherchant à approfondir notre compréhension des propriétés quantiques des matériaux, quatre scientifiques ont obtenu une subvention extraordinaire de 14 millions d’euros, gérée par le Conseil européen de la recherche (CER), ainsi que le prix le plus prestigieux pour d’excellents projets de recherche européens.
L’équipe de recherche se compose, en Suisse, de trois scientifiques et d’un en Suède: Gabriel Aeppli à l’Institut Paul Scherrer, Henrik Rønnow à l’EPFL, Nicola Spaldin à l’EPFZ et Alexander Balatsky, à l’Institut nordique de physique théorique (Nordita) de l’Université de Stockholm.

À la recherche de nouvelles propriétés quantiques
Grâce à ce financement, ces scientifiques mettront en commun leurs expertises pour étudier le cœur des matériaux, afin de découvrir de nouvelles propriétés quantiques dans des matériaux connus, propriétés que les méthodes actuelles ne permettent pas d’observer ou qui ont peut-être été négligées. Ils concevront également de nouveaux matériaux dont les propriétés quantiques pourraient être utiles pour le traitement ou le stockage des données et devenir ainsi l’épine dorsale de l’électronique du futur, qui doit être plus rapide, plus petite et plus économe en énergie.
Les scientifiques utiliseront les nombreuses installations de l’Institut Paul Scherrer (PSI) à Villigen pour des recherches complémentaires, ainsi que la puissance de calcul du Centre national suisse de calcul scientifique (CSCS) de l’EPFZ à Lugano, pour le traitement des données et les calculs théoriques. Ils ont baptisé leur projet de recherche commun HERO (Hidden, Entangled and Resonating Orders, ordres cachés, enchevêtrés et résonants).
«Il est tout à fait pertinent que nous effectuions cette recherche aujourd’hui. La technologie de l’information à base de silicium repose encore sur des principes qui ont été découverts il y a 70 ans. Cela limite sévèrement les possibilités, en particulier en ce qui concerne la vitesse et l’efficacité énergétique. C’est pourquoi nous devons travailler à la prochaine étape de la révolution de l’information où nous tirerons davantage parti des effets quantiques», déclare Gabriel Aeppli, chercheur en photonique au PSI.

Des scientifiques du domaine des EPF
Les trois scientifiques suisses travaillent tous dans le domaine des EPF. Henrik Rønnow, chercheur en neutronique à l’Institut de physique de l’EPFL, explique que cela leur a donné un avantage notable en leur permettant d’unir leurs compétences. Les quatre experts qui s’associent maintenant feront beaucoup progresser le domaine. «Si nous venons tous de domaines très différents, nos regards vont tous dans la même direction», déclaré Henrik Rønnow.
Le quatrième scientifique de l’équipe, Alexander Balatsky, est physicien théoricien à l’Université de Stockholm. «Nous savons que l’humanité a connu l’âge de la pierre, l’âge du bronze et l’âge du fer. Elle est actuellement à l’âge du silicium. La prochaine étape sera certainement l’âge quantique, mais de quel matériau quantique s’agira-t-il ? À ce stade, nous devons examiner un grand nombre de matériaux potentiels. Et à la fin, bien sûr, nous espérons que ce sera l’un des nôtres», déclare-t-il.

La compréhension des phénomènes «cachés»
La compréhension des phénomènes «cachés» peut s’expliquer par une analogie: «Imaginez une grande surface composée de pixels bleus et jaunes. De loin, elle semble verte, mais en y regardant de plus près, nous découvrons des informations supplémentaires cachées à la vue de tous – en l’occurrence, la façon dont le bleu et le jaune sont disposés pour rendre la couleur verte. Dans le cas des phénomènes quantiques, les propriétés cachées sont tout sauf triviales. C’est pourquoi, pour les découvrir, nous avons besoin des outils de caractérisation avancés des grandes installations de recherche du PSI», explique Nicola Spaldin, professeur en science des matériaux à l’École polytechnique fédérale de Zurich.
N’étant pas membre de l’Union européenne, la place de la Suisse dans le système de subventions du Conseil européen de la recherche n’est pas évidente. Actuellement, elle est pleinement associée à l’UE et les scientifiques actifs en Suisse sont particulièrement bien accueillis dans leurs demandes de bourses CER.

Henrik Rønnow
EPFL
Tél. 079 251 73 02

Nik Papageorgiou
Institut Paul Scherrer
Tél. 056 310 21 11