Laura ChaixChargée de recherche CNRS à l'Institut Néel
Laura Chaix décrypte les matériaux quantiques
Spécialiste des matériaux quantiques, Laura Chaix explore les états électroniques ou magnétiques à l’œuvre dans des composés complexes, comme les oxydes de cuivre supraconducteurs ou certains oxydes magnétiques. À l'Institut Néel (NEEL, CNRS), à Grenoble, elle réalise des expériences sur grands instruments, synchrotron et sources de neutrons, pour sonder les excitations collectives qui parcourent ces matériaux — vibrations du réseau atomique (phonons), ondes de spin (magnons) — ou encore les ordres électroniques ou magnétiques complexes tels que les ondes de densité de charge des électrons. Ces phénomènes jouent un rôle central dans l’émergence de propriétés quantiques comme la supraconductivité.
Laura Chaix a ainsi mis en évidence un couplage inhabituel entre une onde de densité de charge et une vibration du réseau dans un oxychlorure de cuivre, un cuprate supraconducteur. Ce couplage inattendu entre charges et structure atomique a permis de révéler l’existence d’un mode collectif encore mal compris. C’est la preuve que les matériaux quantiques sont encore largement des Terrae Incognitae, que Laura Chaix affectionne d’explorer.
Formée à Grenoble, Laura Chaix a mené sa thèse entre l’Institut Néel et l’Institut Laue-Langevin, avant d’effectuer un premier post-doctorat à l’Université de Stanford, puis un second au Laboratoire Léon Brillouin. Recrutée au CNRS en 2018, elle explore la matière grâce aux grands instruments, lignes synchrotron et sources de neutrons, dont elle est devenue spécialiste.
A l’Institut Néel, elle travaille sur des matériaux dits quantiques, dont les propriétés — supraconductivité, magnétisme — ne peuvent s’expliquer qu’à l’échelle atomique. C’est à ce niveau en effet que les électrons, les spins ou les vibrations du réseau coexistent, s’influencent, se contrarient et font émerger les fameuses propriétés... « Ce qui me passionne, c’est d’observer ces interactions complexes, et de comprendre comment les propriétés microscopiques façonnent les comportements globaux des matériaux. »
Dans les oxydes de cuivre supraconducteurs, elle a ainsi mis en évidence une onde de densité de charge, couplée à une vibration particulière du réseau cristallin : un phonon d’étirement de la liaison cuivre-oxygène particulièrement lié aux électrons. Ce couplage inattendu révèle l’existence probable d’une excitation collective d’un nouveau type. Elle a aussi élucidé une structure magnétique complexe dans un oxyde de fer et de germanium, où la géométrie particulière du réseau cristallin empêche un alignement classique des spins.
Si ces découvertes paraissent un peu abstraites, elle ne le sont pas dans l’esprit de la physicienne. « Au contraire, j’essaie de me représenter les processus physiques que j’étudie. L’imagination fait pleinement partie de ma démarche scientifique. »
Jamais à court d’imagination donc, Laura Chaix s’intéresse à de nouveaux états magnétiques comme l’altermagnétisme, récemment prédit dans certains oxydes de cuivre. Ce nouvel ordre constituerait une piste prometteuse pour des applications en spintronique.