Grand Prix CEA-Innovation 2020 de l'Académie des Sciences décerné à Philippe Bourges du LLB
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Le Grand Prix CEA-Innovation* 2020 de l'Académie des Sciences est attribué à Philippe Bourges, Directeur de recherche à l'UMR LLB CEA-CNRS, pour ses recherches sur les matériaux quantiques.

Philippe Bourges est expert en physique de la matière condensée. Ses recherches ont principalement porté sur l'étude des matériaux supraconducteurs à haute température.  Auteur d’un peu plus de 200 publications, sa technique privilégiée d'étude est la diffusion de neutrons, qui permet d'étudier les phénomènes coopératifs (nucléaire et magnétiques, statique ou dynamique) à l'échelle microscopique dans les matériaux. 

Travaillant depuis 1990 au sein de l'UMR LLB CEA-CNRS, il a orienté sa recherche sur le rôle de l’antiferromagnétisme dans les oxydes de cuivre supraconducteurs à haute température critique, matériaux découverts en 1986.  Dès les années 1990, il a participé à la découverte d’une nouvelle excitation magnétique baptisée "pic de résonance" présente spécifiquement dans la phase supraconductrice. Cette excitation magnétique originale, caractéristique d’un paramètre d’ordre supraconducteur anisotrope (symétrie p,d,..) est maintenant systématiquement observée dans de nombreux supraconducteurs non-conventionnels où un nouveau mécanisme de la supraconductivité est attendu.

 

Par la suite, il a notamment su fédérer une équipe pour tenter de percer le mystère de la supraconductivité à haute température ainsi que celui de la nature énigmatique de l’état métallique normal d’où émerge la supraconductivité. Au cours des années 2000, son équipe et lui ont ainsi montré par leurs expériences qu'un mécanisme original était présent au sein de ces matériaux : selon le modèle théorique, proposé par C.M. Varma, un ordre caché à l’intérieur de la phase de pseudo gap serait présent sous la forme d'une phase de courants circulant à l'intérieur de chaque maille élémentaire, qui donnent lieu à des moments magnétiques orbitaux. Les couplages magnétiques entre ces boucles de courants pourraient être à l'origine de cette supraconductivité non conventionnelle. Dans une série de mesures sur plusieurs variétés de supraconducteurs haut Tc, Philippe Bourges et son équipe ont pu mettre en évidence par diffraction de neutrons polarisés la composante magnétique compatible avec la symétrie de ce modèle et préservant la symétrie de translation du cristal.

Ces premières mesures directes d’un ordre caché caractérisant la phase de pseudo gap dans les cuprates ont ouvert la voie à un axe de recherche toujours très actif, en quête de l'origine de la supraconductivité haute température. La généralisation de ce type d’états quantiques nouveaux se poursuit dans d’autres matériaux quantiques, par exemple avec l’observation du même état quantique dans les oxydes à base d’iridium, causé par un fort couplage spin-orbite associé aux répulsions coulombiennes.

Au-delà de ses études de phénomènes émergents dans les matériaux quantiques comme la supraconductivité non conventionnelle et les nouveaux états de la matière, Philippe Bourges a aussi mis toutes ses compétences dans des recherches sur d'autres propriétés des matériaux solides en mettant à profit toutes les spécificités bien particulières de la diffusion de neutrons. Portant un spin 1/2 et avec une énergie proche des excitations dans les solides, le neutron est sensible au magnétisme, à la présence d'éléments atomiques légers, ou permet une diffusion inélastique, propriétés qui ont conduit Philippe Bourges vers l'étude d'ordres magnétiques, de diagrammes et transitions de phases au sein de la matière condensée, de propriétés vibratoires dans les matériaux pérovskites hybrides pour le photovoltaïque et dans les structures apériodiques, de phonons mous dans les transitions structurales.

Chercheur de renommée internationale, Philippe Bourges a eu la capacité à initier et animer de nombreuses et fructueuses collaborations avec des équipes internationales de premier plan. Il a contribué à l'émergence d'une génération de jeunes chercheurs dont une douzaine occupent des postes académiques en France ou à l'étranger.

Au cours de sa carrière, Philippe Bourges a su développer et maintenir une instrumentation neutronique performante sur les trois-axes du LLB avec l’équipement en neutrons polarisés avec analyse de polarisation, nécessaire pour la découverte de nouvelles phases de la matière condensée.  Plus récemment, il est le responsable scientifique français d’un nouvel instrument de diffusion neutronique BIFROST en cours de construction à ESS, la nouvelle source internationale de neutrons.

 

(Gauche) Modèle microscopique des boucles de courants : un nouvel état quantique se développe via une cohérence de la phase de l’orbitale 3d du cuivre avec celles des orbitales p de l’oxygène, formant deux boucles de courant de sens opposé. Ces boucles fermées créent des moments magnétiques orbitaux observés par diffraction de neutrons.
(Droite) Représentation schématique de l'évolution en température du moment magnétique local dans le composé YBa2Cu3O6.85, déduite des mesures de diffraction de neutrons polarisés. Le moment magnétique pointe perpendiculairement aux boucles de courant au sein de chaque maille atomique à haute température (à partir de 300 K), puis augmente quand la température diminue. A basse température (100 K), apparait une composante dans le plan, inclinant le moment résultant. Ces mesures sont effectuées dans l'état normal au-dessus de la température de supraconductivité.

 


*,Grand prix Science et Innovation du CEA :
Ce prix biennal fondé par le CEA est destiné à récompenser l'auteur (ou les auteurs) français d'une découverte scientifique ou technique importante. 

 
#3296 - Màj : 24/11/2020

 

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