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Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2003

Michel Gingras

Physique

University of Waterloo


Michel Gingras
Michel Gingras

Il suffit de passer une journée sur les pentes de ski avec le professeur Michel Gingras pour comprendre l'essence de ses recherches en physique de la matière condensée.

« Quand je vivais en Colombie-Britannique, j'aimais skier au mont Apex, dans la vallée de l'Okanagan », déclare M. Gingras, un physicien de la University of Waterloo et lauréat d'une Bourse commémorative E.W.R. Steacie du CRSNG de 2003, l'un des plus prestigieux prix en sciences et en génie au Canada. « Ma piste favorite était une piste "triple losange noir". C'était super! Elle avait à peu près la largeur d'un corridor de bâtiment et était encombrée d'arbres et de rochers; il y avait un ruisseau qui coulait au milieu! »

Mais œuvrer dans un monde où règne le désordre est également au cœur de la science pratiquée par le professeur Gingras. Cette fois-ci, il s'agit de comprendre le caractère aléatoire des choses à l'échelle atomique. M. Gingras est un chef de file mondial en recherche dans le domaine des verres et des systèmes magnétiques frustrés.

Dans un aimant du genre de ceux qu'on colle sur les frigos, tous les moments magnétiques (nord et sud) des atomes sont parallèles les uns aux autres. Toutefois, dans certains matériaux (dont de nombreux et nouveaux oxydes métalliques synthétiques), les moments magnétiques ne peuvent s'aligner parallèlement les uns aux autres, ce qui donne lieu à un magnétisme dit frustré.

Les aimants frustrés forment du « verre magnétique ». Comme les verres véritables (par exemple, une fenêtre ou un vase), les verres magnétiques sont un type de matériau dans lequel les atomes à l'état solide sont disposés de façon aléatoire, au lieu de former des réseaux cristallins réguliers et parfaits, comme dans la plupart des solides métalliques. Dans les verres magnétiques, les moments atomiques pointent vers des directions aléatoires et non parallèles.

« Ces aimants frustrés sont un modèle parfait pour étudier les questions fondamentales permettant de comprendre la formation des verres, explique le professeur Gingras. De plus, ces systèmes nous permettent d'apprendre des choses qui ont des applications scientifiques beaucoup plus larges que le matériau ou le modèle spécifique à l'étude. »

Par exemple, les systèmes désordonnés sont importants pour l'étude de la supraconductivité à haute température, et pour la création de batteries de longue durée et des semi-conducteurs ferromagnétiques, une classe de matériaux dans lesquels les moments magnétiques peuvent servir à transporter de l'information dans des dispositifs électroniques. De plus, la compréhension du magnétisme frustré pourrait également jouer un rôle conceptuel dans la quête visant à unifier la mécanique quantique et la théorie gravitationnelle d'Einstein.

« De plus, c'est seulement quand nous comprendrons la théorie de ces systèmes frustrés qu'il sera possible d'orienter efficacement la conception chimique de matériaux nouveaux et utiles, offrant d'importantes possibilités d'applications », ajoute Michel Gingras, qui est également titulaire d'une Chaire de recherche du Canada en théorie de la matière condensée et mécanique statistique à la University of Waterloo.

Le travail du professeur Gingras se fait en collaboration avec des expérimentateurs dans les laboratoires de pointe en physique des particules au Canada, y compris le laboratoire de résonance du spin muonique à TRIUMF (Tri University Meson Facility) à Vancouver, et un laboratoire de diffusion neutronique à Chalk River. Il a le mérite d'avoir formé des liens importants entre les praticiens et les théoriciens, dans ces domaines.

« Je suis un peu comme un médiateur », explique Michel Gingras, qui a travaillé pendant quatre ans comme attaché de recherche à TRIUMF. « Je me situe entre l'expérimentateur et le théoricien pur et dur qui ne travaille qu'avec des concepts. Je suis capable de comprendre le point de vue des deux, et de travailler avec les deux. »

À titre de boursier Steacie, le professeur Gingras poussera plus loin l'étude de la frustration, en examinant le rôle que joue la mécanique quantique dans ces systèmes désordonnés – étude qui, pour un physicien, s'apparente à dévaler une pente « triple losange noir » pour un skieur.

« Dans l'histoire de la physique de l'état solide, depuis les années 30 jusqu'au début des années 90, très peu de chercheurs ont tenté de comprendre le comportement des aimants frustrés en présence de fluctuations quantiques, explique M. Gingras. Il s'agit là d'un problème important qu'il importe de résoudre. »

Nous présumons qu'il saura dévaler cette pente sans heurt.