ERC Advanced Grant 2025 : 2 projets lauréats dans les laboratoires de CNRS Physique

La supraconductivité et l’effet Hall quantique sont deux phénomènes emblématiques de la physique quantique, mais ils semblent à première vue incompatibles. La supraconductivité repose sur le déplacement collectif de paires d’électrons, tandis que l’effet Hall quantique apparaît dans de forts champs magnétiques, qui détruisent généralement la supraconductivité. 

Le projet SUPERHALL veut dépasser cette incompatibilité. En utilisant des hétérostructures de graphène de très haute qualité, couplées à des contacts supraconducteurs, il cherchera à créer et contrôler des jonctions Josephson dans lesquelles le courant supraconducteur est porté par les canaux de bord chiraux de l’effet Hall quantique. Ces dispositifs permettront d’explorer de nouveaux états quantiques hybrides, où supraconductivité, topologie et interactions électroniques se rencontrent. 

À terme, SUPERHALL ouvrira la voie à des nouveaux circuits supraconducteurs programmables fondés sur l’effet Hall quantique, avec l’ambition de manipuler des excitations exotiques, comme les anyons, qui pourraient jouer un rôle central dans les futures architectures de calcul quantique topologique.

Le projet SUPERHALL est porté par Benjamin Sacépé

Benjamin Sacépé est chercheur du CNRS à l’Institut Néel (NEEL, CNRS)

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L’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’Univers, mais aussi l’un des plus difficiles à comprendre et à modéliser. Sa très faible masse amplifie les effets quantiques, tels que les fluctuations de point zéro, l’effet tunnel et une mobilité exceptionnelle. Sous très haute pression, au cœur des planètes géantes ou dans certains matériaux supraconducteurs à haute température critique, ces phénomènes gouvernent des propriétés essentielles de la matière. 

Le projet HYDRA vise à observer directement, pour la première fois, la dynamique de l’hydrogène dans ces environnements extrêmes. Pour cela, il développera une nouvelle cellule haute pression dédiée à la spectroscopie neutronique, permettant d’étendre cette technique à des pressions jusqu’ici inaccessibles. Cette avancée donnera accès à un aspect fondamental de la matière qui échappe encore largement à l’observation expérimentale : le mouvement des protons. 

Les résultats attendus permettront de mieux comprendre les glaces et fluides des intérieurs planétaires, les matériaux riches en hydrogène pour l’énergie, ainsi que les mécanismes à l’origine de la supraconductivité dans les hydrures. En rendant mesurable ce qui n’était jusqu’à présent qu’inféré indirectement, HYDRA ouvrira une nouvelle fenêtre sur le comportement quantique de l’hydrogène sous pression.