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Albert Fert et le LPS


Albert Fert et le LPS

Pour présenter le lien entre les travaux d’Albert Fert et le Laboratoire de physique des solides, nous reprenons ici un article par Gaelle Degrez publié dans le magazine Plein Sud de l’Université Paris-sud (N° 69, janvier-février 2008) basé sur des interviews. De plus, les retirages de certaines publications de cette époque peu accessibles maintenant, sont mis à disposition en page 3 de cet article.

 

Le 10 décembre 2007, Albert Fert a reçu des mains du roi de Suède, la médaille et le diplôme du prix Nobel de physique pour ses travaux sur la magnétorésistance géante qui ont ouvert la voie à une nouvelle forme d’électronique, fondée sur le magnétisme : la spintronique. Pour retracer cette histoire, nous avons eu la chance de recueillir le témoignage de deux grands chercheurs qui en furent des acteurs majeurs : Jacques Friedel, fondateur du laboratoire de physique des solides d’Orsay et grand théoricien des métaux, et Ian Campbell, Directeur de recherche au CNRS, qui fut le Directeur de thèse d’Albert Fert.

 

D’où vient la physique en jeu dans la spintronique ? A quel moment peut-on dater l’origine de la découverte ? La première date qui vient à l’esprit est celle de 1988, année de publication de l’article fondateur dans la revue Physical Letters. Mais toute publication marquant l’aboutissement d’une histoire initiée des années auparavant… il nous faut poursuivre la remontée dans le temps.

 

Quand les physiciens de la Sorbonne se délocalisent à Orsay

Nous ferons une première halte en 1959. Pourquoi cette date ? Parce que c’est en 1959 qu’André Guinier, Raymond Castaing et Jacques Friedel fondent le Laboratoire de Physique des Solides (LPS) sur le campus d’Orsay. « Nous n’avions aucun mètres carré à la Sorbonne » se souvient Jacques Friedel, « M. Guinier avait un petit cagibi aux Arts et Métiers, moi j’avais mon bureau à l’école des mines et Castaing n’avait rien du tout puisqu’il venait de Toulouse. Nous sommes allés voir Mr Yves Rocard qui était alors Directeur du département de physique de l’Ecole Normale Supérieure et qui était responsable de la construction du grand accélérateur de particules sur le campus d’Orsay. Yves Rocard disposait d’un budget supplémentaire pour construire un bâtiment destiné à accueillir les théoriciens des hautes énergies. Nous avons exposé notre cas. Il est resté 5 minutes à réfléchir et nous a proposé d’ajouter une aile au bâtiment rectangulaire initialement prévu ». Les trois physiciens se connaissent de longue date et ont toutes les raisons de vouloir travailler ensemble. André Guinier et Jacques Friedel ont créé ensemble un DEA de physique des solides. Ils travaillent tous les deux sur les métaux, André Guinier s’intéressant plus particulièrement à la structure atomique, tandis que Jacques Friedel se concentre sur lastructure électronique. Raymond Castaing, lui, est un expérimentateur. Il a été le 1er thésard de Guinier. C’est lui qui mettra au point la sonde Castaing, une méthode pour mesurer la composition chimique d’alliages en envoyant des électrons pour exciter des atomes dans l’alliage. L’équipe, bientôt rejointe par Pierre-Gilles de Gennes (Prix Nobel dephysique en 1991) s’installe à l’époque au bâtiment 210. Elle y restera jusqu’en 1970, date à laquelle le LPS emménage dans le bâtiment 510 construit pour lui sur le plateau du Moulon, et qu’il occupe encore actuellement.
 

André Guinier (à gauche) et Jacques Friedel (à droite)

 

La physique des solides dans la France de l’après-guerre

Au début des années 60, Jacques Friedel est l’un des pionniers de l’étude des structures électroniques des métaux et alliages. C’est primordial lorsque l’on sait que les caractéristiques des électrons dans les métaux sous-tendent aussi bien les propriétés mécaniques et électriques des métaux et des alliages que leurs propriétés magnétiques. Ces propriétés sont tributaires d’effets complexes liés aux interactions entre les électrons et à la présence d’impuretés chargées électriquement. Jacques Friedel joue un rôle central dans la compréhension de ces phénomènes. C’est un théoricien et il veut, comme Pierre-Gilles de Gennes, s’entourer de jeunes expérimentateurs de physique des solides, spécialistes des métaux. Pas si facile que cela dans la France de l’après-guerre, qui porte plutôt son effort principal dans le domaine de la physique sur les semi-conducteurs. Peu de laboratoires s’intéressent aux métaux (exception faite du laboratoire grenoblois de Louis Neel, spécialisé sur le magnétisme). Jacques Friedel recrute alors trois jeunes chercheurs : M. J.P. Burger du laboratoire de magnétisme qui venait de Strasbourg, M. C. Froidevaux, un Suisse issu du Polytechnicum de Zurich, spécialisé en techniques de résonance à Berkeley après une thèse faite chez Nicholas Kurti à Oxford et enfin Ian Campbell qui a lui aussi fait une thèse expérimentale avec N. Kurti à Oxford sur les techniques nucléaires à basses températures. Ian Campbell, qui va jouer un rôle de tout premier plan dans notre histoire, arrive au LPS en 1964. Il a obtenu une bourse de la Royal Society pour effectuer son post doc au laboratoire de Physique des Solides, dans l’entourage de Jacques Friedel. « Lorsque Jacques Friedel est venu me demander sur quel sujet je souhaitais travailler, je lui ai proposé – entre autres thèmes - le transport dans les alliages ferromagnétiques. Il me semblait qu’il y avait une piste intéressante à creuser en confrontant les idées développées par le physicien anglais Nevill Mott dès 1936 et des idées plus récentes développées par Friedel et son groupe sur la structure électronique des alliages. Mott avait proposé que la conductivité devait être en parallèle entre les électrons de spin up et les électrons de spin down. Mais personne n’avait jamais testé cela expérimentalement. Friedel m’a donné son accord mais je lui ai dis que je n’avais ni appareil ni échantillon ni équipe. Il m’a dit qu’il allait y réfléchir. On s’est vu un mois plus tard. Il avait trouvé un cryostat utilisable le Weekend dans l’équipe des supraconducteurs dirigée par Pierre Pério. Il avait en outre reçu une lettre de collègues anglais qui lui proposaient justement de lui fournir des échantillons qui étaient en l’occurrence des alliages ferromagnétiques. Et il a rajouté : « et d’ailleurs, il y a un normalien qui cherche un sujet de thèse, est-ce qu’il pourrait travailler avec vous ? ». Je ne savais pas ce qu’était un normalien… »

Nous sommes au début de l’année 1965. Ian Campbell rencontre Albert Fert pour la première fois. Il lui propose le sujet de thèse qu’Albert Fert va développer sur les propriétés de transport électrique dans le nickel et le fer.