L’étude des nouveaux matériaux aux propriétés électroniques remarquables constitue un thème majeur de l’activité de notre laboratoire et  de ma propre recherche. L’enjeu est non seulement d’ordre fondamental, mais encore stratégique sur le plan des applications.

Les interactions coulombiennes sont à l’origine de fortes corrélations qui peuvent faire basculer ces systèmes d’un état isolant vers un état conducteur. Les caractéristiques de cette transition dépendent de façon significative de la (basse) dimension du matériau (film, fil), de la concentration des porteurs de charge, du désordre - qui est  inhérent à ces matériaux. Elle présente en outre des particularités étonnantes telles le fait que l’on peut induire de façon contrôlée le passage isolant-conducteur dans une région prédéfinie et limitée de l’échantillon  ou encore que le composé s’avère être d’autant plus performant sur le plan des propriétés de conduction à basse température qu’il  se comporte comme un mauvais métal à température ambiante.

La compétition entre l’état isolant et l’état conducteur peut également donner naissance à une large palette de nouvelles phases magnétiques (par exemple liquides de spins), orbitales (par exemple courants orbitaux) sans oublier supraconductrices (avec des symétries « non standard »).

Mon activité théorique dans ce domaine a trait à l’étude des propriétés magnétiques et de transport des systèmes corrélés en dimension deux (films) et un (fil). Elle présente, depuis 2005, deux évolutions majeures. La première, est la prise en compte de la structure moléculaire des oxydes : aspect fort débattu aux premiers temps des études théoriques sur les supraconducteurs à haute température critique, cet ingrédient a été progressivement laissé de côté dans les modélisations, car il n’apparaissait pas crucial. Sur la base de développements expérimentaux, nous avons été amené à revenir sur cette question et à montrer que cette structure a un impact significatif sur les propriétés des oxydes. La seconde est, depuis 2006, une ouverture forte en direction de la modélisation d’oxydes pouvant être utilisés dans des composants électroniques de nouvelle génération (j’ai proposé le terme « oxytronique » pour caractériser cette activité). Il s’agit non seulement d’apprécier quels ingrédients pertinents permettent de décrire et d’expliquer la conduction dans ces systèmes mais également de proposer des dispositifs électroniques (par exemple des commutateurs résistifs).

Ces activités s’appuient sur des collaborations locales et internationales et sur l’encadrement de thésards. L’étude des composés d’oxydes de cuivre s’effectue en partenariat avec des membres des équipes expérimentales RMN, Supraconductivité et théoricienne Théorie1, au sein du LPS (H. Alloul, J. Bobroff, P. Mendels, N. Laflorencie, C. Pasquier, H. Raffy), avec le département de physique de l’Université de Floride (P. Hirschfeld) et de l’Université de Genève (T. Giamarchi). Elle a donné lieu aux travaux de thèse d’E. Semel  (soutenue le 02-12-05) et de P. Chudzinski (soutenue le 21-10-08). L’oxytronique, elle, est développée en collaboration avec deux équipes expérimentales, l’une à l’Université de Genève (J-M. Triscone) et l’autre à l’Université d’Augsbourg (J. Mannhart). En outre, l'attribution en 2008 d'une ANR "oxitronics" amorce l’établissement d’un partenariat avec des théoriciens du LPS (M. Rozenberg) avec le groupe STEM au LPS, l'UMR de physique CNRS/Thales, l'ESPCI, le laboratoire national des champs magnétiques pulsés, le PHYMAT.