Doctorat (H/F) Relations entre nanostructure et propriétés de transport électrique à très fort champ ma

Sujet de thèse :
La supraconductivité est un état de la matière permettant la circulation de l'électricité, et donc la génération de champs magnétiques, sans dissipation. L’avènement commercial récent des rubans Supraconducteurs à Haute Température (HTS en anglais) ouvre des perspectives révolutionnaires pour certaines technologies de rupture requérant des champs magnétiques intenses, à savoir : l’analyse chimique RMN, l'imagerie médicale (IRM), les turbines ou moteurs électriques ultralégers et compacts (éoliennes, bateaux, avions…), et le confinement magnétique des réacteurs à fusion ou des accélérateurs de particules. Les rubans HTS permettent en effet de générer des champs magnétiques bien plus intenses, et la densité de puissance de fusion est proportionnelle à B4, suggérant des réacteurs à fusion simples, compacts et rentables peut-être plus rapidement que le projet de fusion ITER ne laissait l’espérer, selon plusieurs start-ups du secteur.
Les propriétés de transport électrique de ces rubans HTS en champ magnétique intense (supérieurs à 30T) restent cependant essentiellement inexplorées. Ces propriétés sont pilotées par le concept physique de piégeage des vortex supraconducteurs (vortex pinning). Dans les HTS l’application d’un fort champ magnétique conduit à la pénétration de tubes de champ portant un quantum de flux ϕ0 et entourés de supercourants : les vortex. En présence d’un courant, et s’ils ne sont pas piégés, ces vortex se déplacent sous l’action de la force de Lorentz en dissipant de l’énergie : il n’y a plus transport électrique sans dissipation. Ainsi, pour maximiser le courant critique (et éviter la destruction du ruban) il est nécessaire d’avoir à la fois des défauts nanométriques non-supraconducteurs qui piègent énergétiquement les vortex et une grande qualité cristalline autour des défauts pour maximiser la robustesse de l’état supraconducteur.
Au cours des deux dernières décennies, la recherche et l’industrie ont fait des progrès considérables dans la production de rubans HTS, fiable, en grande longueur (milliers de km/an) et avec une nanostructure optimisée pour maximiser le courant critique supraconducteur en champ magnétique nul ou modéré. La synthèse de ces rubans est une véritable prouesse technologique nécessitant un contrôle du matériau à l’échelle nanométrique. Elle requiert les technologies de salles blanches pour parfaitement épitaxier une céramique supraconductrice quaternaire (Terre Rare-Ba-Cu-O) cassante sur un ruban métallique flexible, et inclure dans cette matrice supraconductrice des défauts nanométriques contrôlés pour piéger les vortex supraconducteurs.
Un des axes de recherche actuels vise à augmenter le courant critique sous champ magnétique, ce qui permettrait d’envisager ces nouvelles machines « électromécaniques » de pointe. La question de la limite du piégeage des vortex à très fort champ magnétique (et donc très forte densité de vortex) reste ouve
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