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Accueil du site > Modélisation de l’interface d’hétérostructures supraconductrices

Proposition de stage 2009-2010
MASTER 2ème année

 

Laboratoire : Laboratoire de Physique des Solides

Adresse : Bâtiment 510, Centre Scientifique d’Orsay, 91405 Orsay Cedex Directeur du laboratoire : Jean-Paul Pouget

Responsable du stage : Marc GABAY Téléphone : 01 69 15 69 26 e-mail : gabay@lps.u-psud.fr page web : http://chercheurs.lps.u-psud.fr/~ga...

 

Titre du sujet proposé :

Modélisation de l’interface d’hétérostructures supraconductrices

 

Projet scientifique :

Les défis majeurs posés par des besoins énergétiques sans cesse croissants d’un monde en développement où les ressources pétrolières tendent à se raréfier nécessitent une véritable « révolution technologique ». Un des volets de cette quête consiste à réduire au minimum la dépense en énergie tout en maximisant au contraire sa production. Les nouveaux matériaux à base d’oxydes se révèlent être, à cet égard, des candidats particulièrement prometteurs. Leurs propriétés physiques les rapprochent à la fois des isolants et des conducteurs. Un petit changement d’un paramètre contrôlable suffit à provoquer une variation énorme et locale de leurs caractéristiques électriques, magnétiques ou thermiques. Tout l’enjeu est de pouvoir induire ces transitions de façon simple, réversible et de faire en sorte que l’état initial comme l’état final soient stables au cours du temps. Produire des nouveaux composants électroniques à base d’oxyde nécessite en outre que leurs propriétés ne se dégradent pas au cours d’un processus de fabrication industriel qui les soumet à rude épreuve sur le plan thermique, chimique et mécanique. Pour cela il apparait essentiel de maitriser les caractéristiques physiques de ces oxydes : l’effort se situe ainsi à la charnière entre le fondamental et l’application et nous lui donnons le nom d’oxytronique, contraction d’électronique à base d’oxydes. Dans un article publié en 2004 dans la revue Nature, Ohtomo et Hwang annoncent la mise en évidence d’une phase métallique lorsqu’on dépose un matériau fortement isolant (l’aluminate de lanthane, LaAlO3) sur un autre matériau… isolant (le titanate de strontium, SrTiO3). C’est un peu comme si l’on vous disait qu’il suffit de poser une plaque de contreplaqué sur une table en bois pour obtenir un métal. Pratique, non, dans un un contexte où le cuivre tend à devenir une denrée rare ? Mieux encore, plongez le tout dans un cryostat, et votre sandwich isolant se révèle supraconducteur ! On constate que si les électrons viennent bien du substrat SrTiO3 (de votre « table »), les propriétés conductrices, elles, concernent essentiellement le voisinage de sa surface de contact avec LaAlO3. L’analyse théorique de la conduction dans ce système constitue une « pierre de Rosette » qui livre des clés de cette alchimie ainsi que quelques pistes sur les propriétés des céramiques d’oxyde de cuivre. Mieux encore, elle vous montre que l’on peut construire sur l’interface un véritable réseau « routier » de pistes métalliques séparées par des zones isolantes, dont on peut dicter la forme. Il suffit pour cela de jouer localement sur l’épaisseur du nombre de couches de LaAlO3 surmontant le substrat à un endroit donné. En appliquant une tension de grille on module les propriétés de transport à volonté. L’objet du stage proposé, qui pourra éventuellement être prolongé par une thèse, est de s’initier à ce système et de modéliser analytiquement ses propriétés de transport.