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LAURA (L) : Aujourd’hui, on va parler de matériaux, de nanotechnologie et même de supraconductivité. Dit comme ça, ça peut sembler très loin de notre quotidien. Et pourtant, derrière ces recherches se cachent certaines des technologies de demain.

Aujourd’hui, on pousse la porte du C2N pour découvrir le métier d’Aïken Van Waveren, doctorant en physique des matériaux et comprendre ce qu’on peut encore inventer en travaillant à l’échelle de l’infiniment petit. Bonjour Aïken.

AÏKEN (A) : Bonjour.

SARA (S) : Bonjour Aïken. Alors explique-moi ce que Laura vient de dire. Qu’est-ce que tu fais ?

A : On fait des hyperdopages de silicium. Ça veut dire qu’on on met un autre élément dans le silicium, qui nous permet de rendre le silicium supraconducteur. Qu’est-ce que c’est un supraconducteur ? C’est quelque chose qui a plus de résistance électrique. Pour ça, il faut quand même être à une température très très basse.

S : Et alors, c’est quoi le silicium, pour ceux qui ne connaissent pas ?

A : Le silicium, c’est un matériau qu’on utilise pour faire des puces dans notre quotidien,

S : Mais du coup, dans nos téléphones portables, par exemple, j’ai des…

A : Oui, tu as une petite puce qui est faite pour la plupart de silicium. Nous, on est plutôt intéressés par la propriété de la supraconductivité, qui fait partie des choses qu’on pourrait utiliser, par exemple, pour les ordinateurs quantiques.

L : Donc tu as ton silicium, tu as une ou plusieurs machines ? Quelles sont toutes les étapes que tu dois faire avec ton silicium pour le doper ?

A : Le problème avec le silicium, c’est que ça s’oxyde automatiquement. Donc dès que tu as un échantillon de silicium, tu as une couche d’oxygène de quelques nanomètres. Donc du coup, on met le silicium dans la chambre de vide. On y met un gaz qui a l’atome qu’on veut introduire dans le silicium pour le dopage. Et après, on fond avec un laser puissant. Et quand le silicium est fondu, le gaz va aussi se dissoudre dans cette couche de silicium qu’on a fondue.

L : Et une fois que c’est fondu, qu’est-ce que tu fais avec

A : À chaque fois qu’on fond, on met la même quantité d’atomes dedans. On arrive à une concentration très élevée de bore dans notre silicium. Avec cette couche qui est dopée, on va mesurer cette couche qu’on a faite.

S : Et toi, tu es dans la partie fondamentale, donc tu es en mode recherche. Qu’est-ce que tu cherches exactement ?

A : La connexion entre « comment les dopants sont distribués dans cette couche ? » et l’électronique après. On essaie d’optimiser vraiment notre technique pour après avoir un matériau homogène, mais aussi, on voudrait une température critique le plus haut possible. La température critique, c’est la température où la résistance va à zéro, donc où tu as le changement entre l’état normal et l’état supraconducteur.

La température critique la plus haute qu’on a obtenue pour l’instant, c’est -272 degrés Celsius.

S : Mais c’est quoi le lien entre ce que tu fais et le travail de recherche dans la physique quantique ? Parce qu’il y a des mots qui sont communs. Tu travailles dans des températures très basses, tu parles de la supraconductivité…

A : Avec la supraconductivité, tu peux faire des qubits. Dans la physique, en général, c’est très intéressant d’avoir une température plus basse parce que la température fait que les choses bougent. On pourrait imaginer une électronique supraconducteur qui est connectée avec une qubit pour contrôler tout ça.

L : C’est la recherche encore à venir ?

A : Oui, je me concentre sur faire un matériau pour pouvoir faire ça, après.

S : Tu travailles avec des grosses machines, différents composants, mais qu’est-ce que tu fais exactement ?

A : Donc il y a des journées où je suis tout l’après-midi devant ce laser et en train de doper. Après, il faut fabriquer aussi, donc je suis dans la salle planche. Et après, on le met dans le frigo et là, on mesure aussi. Donc c’est déjà trois étapes très différentes. Mais après, il y a toutes les analyses de données aussi. Il faut processer, il faut regarder qu’est-ce qui a marché, comparer avec toutes les informations qu’on a pour déduire, pour analyser.

L : C’est quand même assez technique ton métier. J’ai besoin de résumer la supraconductivité. Donc normalement, quand on a un courant électrique, ça circule dans un matériau, il rencontre une résistance. Une partie de l’énergie est donc perdue sous la forme de chaleur. Ok. Un supraconducteur, dans certaines conditions, peut au contraire laisser circuler le courant sans résistance électrique.

A : Exact.

S : Et dans la communauté de chercheurs qui, comme toi, travaillent sur la supraconductivité, ils sont où dans le monde, d’ailleurs ? Genre, en France, on est plutôt bien positionné. En Asie, il se passe plein de choses, j’imagine. Aux États-Unis. Toi, tu parles avec qui ?

A : Du coup, là, on a eu des collaborations très fortes avec Grenoble où ils sont plutôt côté application et industrie. Donc ça, pour nous, ça ajoute aussi de l’aide. Après, il y a une grande communauté aussi en Allemagne, par exemple. Mais pour le hyper dopage, il n’y a pas beaucoup de monde qui le font. Du coup, je crois l’autre équipe qui existe, c’est au Japon, mais il faut que je vérifie.

Pour cette technique, il n’y a pas beaucoup de monde qui font ça pour la supraconductivité. Il y a des gens qui l’utilisent pour le photo-photovoltaïque et ça, c’est un peu plus utilisé, un peu plus connu.

L : D’ailleurs, attends, en parlant de doper un silicium, comment tu fais ? Tu nous as expliqué qu’il y avait donc le laser que tu passes et qu’il y avait comme un gaz. En fait, le gaz que tu donnes, c’est des ions, c’est quoi ?

A : Oui, c’est de BCl3, donc le bore trichlorure.

S : Alors, où trouves-tu du bore trichlorure ?

A : Tu l’achètes.

L : D’accord, ça existe, c’est physique. Il ne faut pas le fabriquer.

A : Je n’ai aucune idée comment c’est fabriqué, honnêtement.

L : En tout cas, ce n’est pas toi qui fabriques aussi ça ?

A : Ah non, non.

L : Et donc, tu bombardes sur la surface du silicium

A : Oui, c’est ça. En fait, on utilise une vanne qui est utilisée aussi dans les voitures pour introduire les gaz dans le silicium.

L : On est allées dans ton laboratoire, on a eu la chance tout à l’heure, tu nous as montré une image. Ça ressemblait, vulgairement à une brique sur un mur, par exemple. Donc imaginons qu’il y a dans cette brique, il y a des petits trous, naturellement. Dans la vie de tous les jours, il y a des petits trous dans une brique. Tu bombardes ce petit gaz discrètement là, dans les petits trous.

A : Ouais.

L : Tu envoies le laser dedans. Et ça le fait fondre ensemble. D’accord, c’était ça que je n’avais pas compris tout à l’heure.

S : ça cristallise ?

A : Dans le silicium, il n’y a pas de trous en réalité. On met une petite brume de BCl3 et cette brume va coller un tout petit peu sur la surface et c’est ça qu’on fond tout ensemble. Comme ça le bore et un petit peu de chlore entre dans les couches. Par contre, le chlore n’aime pas être dans la couche de silicium, il va fuir avec un peu de silicium, donc on graphe aussi un tout petit peu à chaque fois.

L : D’accord. Donc, mon image de la brique n’était pas tout à fait correcte. La supraconductivité, c’est vraiment incroyable en termes techniques. Parce que tu n’as même pas besoin de repasser dans cinquante mille machines. Ça se fait tout seul, si tu lui injectes son petit gaz. Alors tout seul, tu travailles quand même dessus, pardon de le dire.

A : Ah oui, mais c’est, en fait…

L : ça vit tout seul, ça va produire son électricité tout seul après, une fois que tu as injecté et que tu as envoyé le laser.

A : Oui, du coup, le truc qui est spécial avec le laser, c’est le fait que ça recristallise très vite. Du coup, c’est un laser nanoseconde et ça veut dire que le silicium, après, il recristallise en, maximum, quelques centaines de nanosecondes, mais plutôt 50 nanosecondes aussi.

Donc ça veut dire que on fait une couche en 100 nanosecondes, ce qui est petit petit, mais ça recristallise à quatre mètres par seconde. Donc oui, c’est la vitesse d’un vélo.

L : Wow !

A : Donc ça va très très vite et c’est ça qui permet que le bore passe simplement dans le silicium. Mais, mais la problématique pour la supraconductivité, c’est que on veut que chaque bore ou la plupart des bores ajoutent quelque chose à la conductivité. Et pour ça, il ne faut pas qu’ils soient dedans, mais dans le réseau cristallin de silicium. Et c’est ça qu’avec le laser, on recristallise si vite pour que presque tout le bore soit vraiment dans ce réseau. On appelle ça « actif » et on arrive à activer autant de bore que possible. Le facteur limitant, c’est vraiment la chance d’avoir un bore qui se retrouve avec un autre bore. Et là, ils se disent : « Ah, on est bien ensemble » et ils n’ont plus de conductivité. Et c’est ça le truc qui est spécial avec le dopage laser et le dopage nanoseconde.

S : Et quand on prend le mot doper…

A : Ouais

S : …ça veut dire quoi exactement ? Parce que nous, on connaît le dopage des sportifs. Ils veulent augmenter leurs performances. Du coup, c’est le même principe ?

A : Oui, du coup, tu vas ajouter des performances électriques, notamment, dans ton silicium et tu peux le faire de deux côtés. Soit tu peux ajouter des électrons, donc tu ajoutes un atome qui a un électron de trop. Le silicium, c’est comme le carbone, il fait quatre connexions. Du coup, si on ajoute quelque chose qui veut faire cinq connexions, tu as un électron libre et cet électron va conduire. Par contre, le bore, c’est l’inverse. Il n’y a que trois électrons libres et du coup, il laisse un électron de silicium libre. Et cette connexion peut bouger et peut conduire, du coup.

L : Donc en gros, le dopage, c’est transformer un matériau qui existait déjà, qu’on avait déjà tout le temps, tous les jours. Et juste, le modifier en mieux. Alors quand je dis « juste », je le mets en très gros guillemets parce que c’est absolument dingue toute la recherche que tu fais là-dessus. Mais en fait, c’est ça.

A : Non, mais c’est l’idée de base et ça, c’est utilisé partout. Ça, c’est la base de notre puce LED, de tout ce qui est électronique. C’est vraiment partout dans notre monde aujourd’hui. C’est la base du transistor et c’est la base de tout ce qui est électronique.

L : Mais ce n’est pas la supraconductivité.

A : Non. Ça, c’est spécial.

L : Par exemple, ce qui est dans le lave-vaisselle, c’est la conductivité, les transistors, tout ce qu’on connaît habituellement. Qui avait déjà été rétréci à la taille peut-être des nanosciences, voilà.

A : Oui, oui.

L : Petites puces, maintenant, on sait qu’elles sont petites, OK. Mais en tout cas, c’était des courants basiques qu’on connaissait.

A : Oui.

L : Et toi, justement, tu viens les doper pour potentiellement, imaginons, là, j’invente, que ton téléphone, il consomme dix fois moins et que tu le rebranches une fois par mois. J’exagère, mais en fait, ça pourrait conduire à ça. Parce que tu vas l’ultra-doper.

A : Bon, l’idée de base, c’est vraiment de maximiser en quelque sorte ce dopage pour arriver à la supraconductivité et étudier ce matériau, cet état.

L : Et est-ce que tu as une autre partie, parmi tes missions qu’on n’imagine pas en tant que chercheur ?

A : Du coup, moi, je fais deux choses qui ne sont pas directement liées à la recherche. Au sein du labo, je suis représentant des doctorants et post-docs. On parle avec la direction on organise aussi des activités pour avoir plus de liens entre les jeunes scientifiques aussi. Et l’autre chose que je fais, c’est à la MIS, la maison d’initiation et sensibilisation de la science, ici au sein de Paris-Saclay. Et là, on travaille avec des enfants de 10 à 14 ans à peu près. Ils sont invités pour une journée à l’université et on fait beaucoup de petits ateliers avec et on travaille.

S : C’est trop bien.

A : Oui, c’est ça.

S : Aïken, tu es doctorant actuellement, mais est-ce que tu peux nous parler de ton parcours universitaire ? Après le lycée, car j’imagine que tu as été au lycée. Quelles ont été tes études pour en arriver là ?

A : J’ai fait un parcours relativement direct, je veux dire. Par contre, je l’ai fait dans beaucoup de pays différents. Donc je viens des Pays-Bas et là, j’ai fait mon lycée, mon bac aux Pays-Bas et je suis allé à Aix-la-Chapelle en Allemagne pour faire mes études. J’ai fait une licence en physique générale. Et après, entre ma licence et mon master, j’ai fait une année ici. En fait, j’ai fait un Erasmus et là, j’ai fait un stage exactement ici dans l’équipe.

Et c’était même drôle parce que moi, j’ai commencé la physique en me disant : « je vais travailler pour des accélérateurs au CERN », par exemple. J’ai fait un master, ça s’appelle grands instruments, spécialement pour les accélérateurs. C’est pour le Tokamak [machine expérimentale en forme d’anneau (tore) conçue pour confiner un plasma à très haute température à l’aide de champs magnétiques puissants]. C’est une machine qu’on peut utiliser pour faire de la fusion nucléaire.

Et après, tu as les accélérateurs qui sont discutés dans ce Master. Et du coup, moi, j’ai fait ça et ma directrice de thèse a donné un cours sur la supraconductivité parce qu’en fait, les magnets qui sont utilisés dans les accélérateurs, sont supraconducteurs. Et moi, j’ai dit : « Ah, c’était cool, je suis intéressé ». Qu’est-ce que je pourrais faire ? Est-ce que je peux faire un stage ici ? Donc, je suis entré dans le monde nanoélectronique et après, j’ai décidé de faire un master en nanoélectrique en Allemagne et après, je suis revenu ici.

L : Et donc là, c’est là où tu as choisi ton sujet de thèse que tu continues actuellement ici au C2N

A : Exact.

S : Et du coup, là, tu es en quelle année de doctorat ?

A : Donc, je viens de commencer ma troisième année.

S : Ah, donc tu approches de la fin, là.

A : Oui, c’est ça. Il faut y travailler.

S : Et qu’est-ce que tu aimerais faire après ?

A : Moi, je veux rester dans la recherche. Après, je ne sais pas, je n’ai pas d’idées exactement, mais j’aime beaucoup le côté matériaux et le côté électronique. Du coup, je crois que je vais rester dans le domaine où je peux faire les deux. Parce que souvent, il y a des gens des matériaux qui font des échantillons et quelqu’un d’autre fait quelque chose avec. Et moi, par contre, je préfère faire des matériaux, tester, revenir, optimiser, tester d’autres choses, retester : « ah, ça va mieux ou pas ». Et après, avoir vraiment ce cycle direct, en quelque sorte, moi-même.

L : Et la première fois que tu es arrivé au laboratoire ici au C2N pendant ton stage, qu’est-ce que tu en as pensé ?

A : C’est déjà énorme et après, moi, c’est plutôt les machines qui m’intéressent et qui m’impressionnent aussi. C’est ça qui me fascine.

S : Est-ce que toi, tu viens d’une famille de scientifiques ?

A : Ouais, mes parents ont tous les deux fait de la chimie appliquée aux Pays-Bas. Et ma mère a fait une thèse aussi. Et elle comprend aussi le mode de vie, en quelque sorte, parce que faire une thèse, c’est quand même un boulot, un domaine un peu spécifique dans ce sens où tu veux chercher. Et ça, oui, c’est très bien de pouvoir le partager. Après, j’ai un petit frère, il a deux ans moins de moi et lui fait de recherche plutôt mécanique.

L : Oui, donc en gros, quand tu as annoncé que tu voulais être chercheur, ils t’ont dit : « Oh ben oui, bien sûr. » Ils ne se posent pas de question.

A : Oui, c’était même, ils m’ont demandé : « Qu’est-ce que tu vas étudier ? » Ce n’était pas…

S : C’était évident.

On a parlé beaucoup durant nos précédents entretiens avec tes collègues. Il y en a beaucoup qui disent que c’est des métiers passion, mais qui un peu t’envahissent tout le temps dans ton quotidien. Et comme tu dis, tu ne rentres pas chez toi et tu penses à autre chose. C’est quelque chose qui t’anime. Est-ce que ça t’arrive parfois, je ne sais pas moi, de rêver de tes recherches ? Tu te réveilles : « J’ai une super idée. » Ou, le matin, tu te brosses les dents et…

A : oui, c’est ça. Tu te brosses les dents, tu es en train de faire des courses. Je ne sais pas, tu fais quelque chose et tu as un problème ou même une idée en tête et tu es en train de le travailler et après, tu as une idée, après tu les discutes ensemble et parfois c’est les idées les plus géniales.

Je crois pour la recherche, c’est aussi important d’avoir du temps où tu fais quelque chose qui n’est pas de la science pour que tu aies d’autres idées, d’autres inspirations aussi.

S : Et qu’est-ce que tu fais, toi, pour relâcher un peu ?

A : Moi, j’ai besoin de bouger beaucoup, donc je fais du judo, notamment. Et après, j’aime beaucoup marcher, je fais des balades comme ça.

L : Mais est-ce qu’il y a une série ou un livre que tu pourrais nous conseiller pour en apprendre plus, sur, peut-être, ton métier ou ton secteur de recherche de manière peut-être large quand même ? Parce que c’est vrai que ce n’était peut-être pas si évident.

A : Oui, Steve Mould. Il fait beaucoup d’expériences notamment avec les liquides où il fait un modèle 2D, avec du plastique. Et du coup, tu peux regarder au travers et tu peux vraiment voir ce qui passe avec le liquide. Et ça, ça je trouve drôle. Mais ça ce n’est pas du tout la recherche quantique. Après il y a 3Blue1Brown qui fait vraiment des vidéos de mathématiques qui sont la base pour la physique quantique aussi et du coup pour la supra parce que c’est un état quantique. Et ça, je trouve que c’est très bien fait. Ce sont des animations qui sont faites pour les mathématiques très complexes même pour moi, qui ai étudié. Mais ce n’est pas des mathématiques qu’on comprend de base. Et ça, c’est expliqué avec de jolies vidéos. Mais oui, les deux sont [à voir] déjà si tu es intéressée par ça.

S : Est-ce que tu as déjà fait une grosse bourde dans ton laboratoire ?

A : En fait, on a une chambre vide, donc on a des détecteurs pour savoir quelle est la pression. Et il y a un bouton pour ça. Donc moi, je crois que c’était la deuxième fois, que j’étais là, en tant que stagiaire, j’ai touché ce bouton. Après, il y a une pompe qui était cassée. Peut-être pas directement après, mais quelques mois après.

S : Étrangement après.

A : Étrangement après. Ouais, ça m’est arrivé, ça a coûté cher pour un moment, mais…

L : Est-ce que tu l’as dit tout de suite ou tu l’as caché ?

A : J’ai quand même dit ce que j’ai fait, mais ils ne sont jamais revenus vers moi pour dire : « C’est toi qui l’as cassé ». Ils étaient très gentils.

L : Si ça se trouve que ce n’était pas toi. Tu ne sauras jamais.

S : Aïken, si tu pouvais découvrir n’importe quel métier dans un autre épisode de PodTaf, ce serait quel métier ?

A : Quelqu’un qui travaille avec les chevaux pour faire des sauts et tout ça.

L : OK, on n’avait jamais eu cette demande. Voilà. Défi accepté.

On utilise le silicium tous les jours, notamment dans nos téléphones et nos ordinateurs. Et pourtant, on découvre qu’en le travaillant à une échelle que l’on ne peut même pas voir, on peut lui donner de nouvelles propriétés Comme quoi, pour inventer le futur, il faut parfois commencer par regarder autrement ce qu’on a déjà sous les yeux.

Merci Aïken.

S : Est-ce que tu avais déjà pensé qu’un jour tu ferais un podcast en français ?

A : Non, ça…

S : Tu peux être fier de toi ! Car le jour où on en fera un en néerlandais avec Laura…ce n’est pas gagné !

L : Je ne suis pas sûre de relever le défi, je suis désolée, je ne suis pas sûre d’y arriver.

S : Merci infiniment, franchement, c’était fascinant.

L : Fascinant.