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De l’atome au matériau. Les phénomènes quantiques collectifs

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Antoine Georges

Présentation d’Antoine Georges

par l’administrateur du Collège de France

Pierre Corvol

Texte intégral

1Cher Antoine Georges,

2La physique de la matière condensée cherche à comprendre la structure et les propriétés de la matière qui se présente à nous sous de multiples formes organisées : solides cristallins, cristaux liquides, verres ou encore mousses et gels. Le but de la recherche dans ce domaine est de savoir comment les particules constituant ces matériaux – dont il est impossible de suivre les destins individuels – s’organisent pour engendrer des phénomènes d’ensemble : les changements d’état comme la solidification ou la fusion, la propagation d’ondes sonores, le transport de courant électrique.

3Comprendre les propriétés de la matière condensée nécessite d’aller au delà d’une approche réductionniste consistant à combiner les effets des interactions élémentaires entre atomes pour interpréter les structures et élucider les phénomènes. Comprendre le fonctionnement des briques de base de la matière est une première étape. Elle doit être suivie de l’étude des assemblages de niveau supérieur. Savoir que l’atome carbone est le constituant du diamant et du graphite n’explique pas pourquoi l’un est transparent et l’autre noir.

4C’est que les phénomènes dont nous parlons sont le théâtre de comportements collectifs des atomes et des électrons. Ainsi dans certains matériaux, le mouvement de chaque électron est fortement corrélé à celui des autres, ce qui peut leur donner des propriétés tout à fait remarquables. Tel est le cas de la supraconductivité dite « à haute température critique » des oxydes de cuivre.

5La recherche dans ce domaine est complexe. Elle nécessite une approche théorique qui se trouve à la confluence de plusieurs sciences en pleine expansion : physique fondamentale, chimie des matériaux, optique quantique et nanosciences. Elle requiert un théoricien proche des expérimentateurs et ayant le souci des applications pratiques de cette science.

6C’est cette recherche qui vous passionne, cher Antoine Georges. À l’issue de votre diplôme d’ingénieur à l’École Polytechnique, vous décidez de vous consacrer à la recherche dans le laboratoire de physique théorique à l’École Normale Supérieure. Vous y passerez près de vingt ans, abordant dès 1990 la physique des systèmes fortement corrélés. Puis, en 2003, vous créez une équipe de recherche sur la physique des matériaux à fortes corrélations quantiques dans le Centre de physique théorique de l’École Polytechnique. Vous dirigez le département de physique de cette École depuis 2006.

7Vous êtes d’abord un théoricien. Vous avez développé de nouvelles méthodes de calcul et proposé des concepts pour décrypter le mystère des supraconducteurs des oxydes de cuivre à très haute température. Vous êtes l’un des co-inventeurs de l’approche théorique du « champ moyen dynamique » qui a apporté une véritable révolution dans l’étude des milieux condensés fortement corrélés. Cette découverte vous a valu de recevoir avec vos collègues le Condensed Matter Europhysics Prize de la Société Européenne de Physique.
Vos travaux s’effectuent sur les électrons dans les solides naturels mais aussi dans des solides artificiels faits de lumière et d’atomes, qui peuvent être crées grâce aux progrès de l’optique quantique des atomes froids.

8Dans une interview récente au Journal du CNRS, vous vous décrivez, durant vos années de thèse à l’École Normale, comme « un électron libre ». Nous sommes heureux d’accueillir cet électron au sein du Collège et nous souhaitons que l’animation que vous créerez dans cette chaire, auprès de vos chercheurs et de vos auditeurs, soit fortement corrélée à votre savoir, à votre imagination et à vos découvertes.

© Collège de France, 2010

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