Le CERPEMA, ses objectifs et ses domaines de prédilection

      L'objectif général du  Centre de recherche sur les propriétés électroniques de matériaux avancés (anciennement connu sous l'appellation Centre de recherche en physique du solide) est de favoriser la recherche et la formation de chercheurs dans le champ d'activité interdisciplinaire des études de matériaux avancés. Plus spécifiquement, le Centre a pour fonction :

• de promouvoir la recherche sur les matériaux avancés et l'établissement d'axes de recherche communs aux chercheurs, en développant des travaux axés sur la compréhension, le contrôle et la fabrication de matériaux avancés, dans l'objectif d'obtenir une meilleure connaissance fondamentale des propriétés de ceux-ci et d'explorer leurs possibilités d'utilisation dans des domaines de haute technologie tels que la photonique et la nanoélectronique;
• d'offrir aux chercheurs de Centre des services efficaces afin d'accroître leur productivité;
• d'offrir aux étudiants de maîtrise et de doctorat un milieu dynamique, propice à leur formation;
• d'assurer un excellent niveau d'animation scientifique dans ce champ d'activité;
• de faciliter, dans les domaines d'intérêt du Centre, les communications et la concertation avec les différents organismes gouvernementaux, avec l'industrie et avec les autres groupes de recherche.

      Les chercheurs membres du CERPEMA proviennent de 4 départements et 3 facultés de l'Université de Sherbrooke, ce qui reflète bien le caractère interdisciplinaire des travaux.

      La combinaison d'études fondamentales et de travaux à caractère plus appliqué constitue une composante du programme du Centre qui nous apparaît extrêmement porteuse en termes d'innovation. D'un point de vue historique, on est forcé de constater que le développement des technologies et les progrès de la science sont intimement liés, l'un et l'autre s'influençant et se stimulant mutuellement. Par exemple, les matériaux semiconducteurs, d'abord étudiés d'un point de vue fondamental, ont conduit au développement de la microélectronique et de toutes les applications qu'elle trouve dans notre vie de tous les jours. Les besoins de la microélectronique ont à leur tour stimulé la mise au point de techniques de croissance cristalline extrêmement sophistiquées, avec lesquelles de nouveaux matériaux, appelés hétérostructures, ont pu être fabriqués. En plus de conduire à de nouvelles applications, ces hétérostructures ont permis la découverte de nouveaux états de la matière, tels qu'observés par ex. dans les effets Hall quantiques entier et fractionnaire, qui font l'objet de vastes programmes d'études fondamentales (théoriques et expérimentales) à travers le monde.

      Les activités du Centre bénéficient énormément de telles interrelations entre fondamental et appliqué. Par exemple, les moyens de nanofabrication du Centre, mis en place en 1993 dans l'objectif de produire des structures pour études fondamentales, ont permis la mise au point du procédé de nanofabrication SiDWEL, qui a conduit à plusieurs brevets (J. Beauvais, D. Drouin, E. Lavallée) et à un essaimage d'entreprise (Quantiscript Inc.). Dans le Centre, plusieurs projets de nature fondamentale visent maintenant l'utilisation de ce nouveau procédé pour produire et étudier des structures de très petites dimensions (de l'ordre de 10 nm et moins) sur différents types de matériaux (notamment les semiconducteurs et supraconducteurs). Si l'histoire peut servir de guide, on est en droit de prévoir d'intéressantes découvertes à partir de ces structures. C'est dans cet esprit que le Centre appuie les travaux de fabrication et de contrôle des propriétés de matériaux ou structures par des techniques novatrices (incluant la nanolithographie par faisceau d'électrons, les techniques d'auto-assemblage de couches organiques, l'utilisation d'impulsions lasers ultracourtes, etc.) tout en soutenant d'importantes activités du côté des études théoriques et des simulations numériques (basées sur les outils théoriques et les ordinateurs les plus performants), ainsi que des études expérimentales par des moyens sophistiqués (incluant l'accès aux très basses températures, champs magnétiques intenses, spectroscopie optique ultrarapide, microscopie à effet tunnel, etc.).

      La plupart des projets de recherche du Centre portent sur des matériaux ou des structures présentant des propriétés fortement anisotropes. Il peut s'agir de matériaux manifestant naturellement de telles caractéristiques (tels les céramiques présentant la supraconductivité à haute température), ou de structures artificiellement fabriquées présentant des propriétés dites de basse dimensionalité. Ces dernières comprennent notamment les hétérostructures semiconductrices où les électrons sont confinés dans des plans, des fils ou des boîtes dont les dimensions latérales sont suffisamment petites pour conduire à des effets de quantification très marqués. Ces effets de confinement ont des conséquences parfois spectaculaires en termes de propriétés physiques, et sont dans bien des cas à la base même des meilleures performances de dispositifs modernes utilisés en électronique (transistor à gaz d'électrons bidimensionnel) ou en optoélectronique (laser à puits ou à boîtes quantiques).

      On pense que la basse dimensionalité joue également un rôle clé dans le phénomène de supraconductivité observé dans certaines céramiques (matériaux à aute température critique, ou haut Tc) ou dans certains cristaux organiques (sels de Bechgaard), bien qu'aucune explication satisfaisante du mécanisme de supraconductivité dans ces matériaux n'ait été trouvée à ce jour. Plusieurs projets, théoriques et expérimentaux, du Centre sont reliés à cette question. Les structures moléculaires (organiques), dans lesquelles les effets de basse dimensionalité peuvent se manifester même à température ambiante, font l'objet d'un intérêt croissant dans le Centre. Ce type de matériau est pressenti pour jouer un rôle important dans l'électronique de demain (transistors et circuits organiques), et présente aussi des propriétés optiques non-linéaires ayant un important potentiel d'applications (par ex. portes optiques ultrarapides). Notons enfin que plusieurs projets sont également axés sur des matériaux qui ne sont pas forcément très anisotropes (par ex. les effets d'irradiation de semiconducteurs, propriétés optiques de cristaux dopés aux terres rares, etc.).