Albert Fert : L’art de la physique

Portraits de chercheurs Article publié le 03 décembre 2020 , mis à jour le 11 décembre 2020

Albert Fert est mondialement connu pour avoir obtenu en 2007, conjointement avec le chercheur allemand Peter Grünberg, le prix Nobel de physique pour la découverte de la magnétorésistance géante (GMR). Il est membre de l’Académie des sciences, professeur émérite à l’Université Paris-Saclay et chercheur à l’Unité mixte de physique CNRS/Thales (Université Paris-Saclay, CNRS, Thales), dont il est cofondateur. À 82 ans, l’inventeur de la spintronique est toujours autant inspiré par l’exploration de la physique. 

Tout juste âgé de 19 ans, le jeune Albert Fert débarque en 1957 de son Occitanie natale à Paris. Étudiant à l’École normale supérieure, il est plus attiré, de son propre aveu, par les boîtes de jazz de la capitale que par la physique. Mais sa passion pour la science décolle au milieu des années 60, pendant son doctorat au Laboratoire de physique des solides à Orsay (LPS - Université Paris-Saclay, CNRS), sous la direction de Ian Campbell. « Auparavant, je considérais que la science était un ensemble de lois solidement établies par des chercheurs prestigieux et qu’un jeune doctorant comme moi ne pouvait guère y apporter du nouveau. Puis j’ai découvert que des petites idées de jeune chercheur pouvaient aussi ouvrir de nouvelles pistes. » 

De la thèse à la découverte de la GMR

Soutenue en 1970, la thèse d’Albert Fert jette déjà les premières bases de ce que l’on appellera plus tard la spintronique, démontrant l’influence du spin des électrons sur leurs propriétés de conduction électrique. Il se souvient des années qui suivent comme d’une période très fertile. « J’ai pu m’élancer librement sur des pistes de recherche hors des modes de l’époque et j’en exploite encore certains résultats aujourd’hui. »  Nommé professeur en 1976 à la faculté des sciences d'Orsay, où il était maître-assistant depuis 1966, Albert Fert est responsable d'un groupe de recherche au sein du LPS. L’apparition des nanotechnologies dans les années 80 offre soudain de nouvelles perspectives à ses recherches. « Mon idée a été d’exploiter les résultats de ma thèse dans des nanostructures réalisées avec les nouveaux outils des nanotechnologies. Un de mes anciens doctorants, Alain Friedrich, était directeur d’un laboratoire de Thomson CSF à Corbeville. Il y développait l’épitaxie par jet moléculaire, une nouvelle technologie qui permettait de déposer des couches ultrafines atome par atome », se souvient Albert Fert. Rapidement, une collaboration s’établit entre l’industriel et l’équipe du chercheur. Elle aboutit en 1988 à la découverte de la magnétorésistance géante des multicouches magnétiques. « Nous avons montré qu’un champ magnétique modifiait considérablement la résistance électrique d’un empilement de couches ultrafines de fer et de chrome, ce que nous avons appelé Giant MagnetoResistance (GMR). Un effet semblable était trouvé presque simultanément et indépendamment par Peter Grünberg en Allemagne. » 

Naissance de la spintronique

L’article qui consacre la découverte est publié en 1988 (il a été cité plus de 6 000 fois depuis) et est considéré comme l’acte de naissance de la spintronique, un nouveau type d’électronique basé sur l’exploitation non seulement de la charge des électrons mais aussi de leur magnétisme (le spin).  La GMR est porteuse d’applications développées assez rapidement par les industriels. En particulier, elle révolutionne la technologie de lecture des disques durs en augmentant considérablement leur capacité de stockage d’information et aussi en ouvrant la voie à leur miniaturisation pour leur implémentation dans l’électronique nomade. « Il a fallu trois ou quatre ans pour que des capteurs pour automobiles arrivent sur le marché, et sept ans pour que sortent les disques durs qui ont boosté le stockage d’information numérique », raconte le chercheur. L’envol de la spintronique amènent le CNRS et la compagnie Thales (issue de Tompson CSF) à créer en 1995 l’Unité mixte de physique CNRS-Thales associée à l’Université Paris-Sud. 

Explorer la physique

Au sein de ce laboratoire peu commun, composé aujourd’hui de 23 chercheurs permanents, l’équipe d’Albert Fert développe des recherches d’avant-garde en nanophysique. « L’imagination est primordiale pour le physicien, qui explore toutes les voies possibles pour manipuler et exploiter les particules et quasiparticules du nanomonde. Le contact avec le monde industriel aide ensuite à aller plus vite vers des applications », décrit l’intéressé.

Un des enjeux actuels est d’exploiter les avancées de la spintronique pour la conception de composants consommant beaucoup moins d’énergie que ceux de l’électronique classique. « Nous savons que les technologies de l’information et de la communication consomment presque 10 % de la production d’électricité dans le monde et contribuent de façon significative au réchauffement climatique. » Des recherches menées dès les années 2000 ont déjà donné naissance à de nouveaux composants spintroniques, les STT-RAM (Spin-Transfer Torque Random Access Memory). « Aujourd’hui, leur arrivée progressive en production est très prometteuse d’économies d’énergie. Et on peut en attendre encore plus de concepts issus de certaines de nos recherches actuelles », explique le lauréat du prix Nobel de physique 2007. 

L’équipe d’Albert Fert est également pionnière dans le domaine des skyrmions, ces nanoparticules qui sont comme « de petites boules de spins qu’on peut créer et déplacer avec des courants électriques dans des composants skyrmioniques, un peu comme on jouerait aux boules ». Les propriétés de ces quasiparticules viennent d’une part de la topologie de la configuration des spins, et d’autre part d’interactions relativistes (dites couplages spin-orbite) à l’interface de deux matériaux. En réalité, cette recherche était déjà dans les cartons du chercheur depuis un article rédigé en 1980 avec le physicien américain Peter Levy. « La dure compétition pendant le développement de la spintronique m’avait écarté du sujet et je n’y suis revenu qu’en 2013. »

Un métier de création

Membre de l’Académie des sciences depuis 2004, Albert Fert a été primé de nombreuses fois, mais l’obtention du prix Nobel de physique constitue évidemment un temps fort de sa vie. Pour autant, le chercheur apprécie surtout le plaisir de la recherche et celui du travail en équipe, « comme au rugby », sport qu’il a beaucoup pratiqué. Passionné de jazz et de cinéma, il compare aussi volontiers le métier de chercheur à celui d’artiste. Il l’a d’ailleurs été un peu lui-même, réalisateur d’un petit film et exposant de belles photos dans sa jeunesse. Un engouement pour les arts qui a d’ailleurs influencé la carrière de ses enfants Ariane et Bruno. Enfin, son attachement à ce métier vient aussi du réseau international d’amitiés très fortes qu’il a nouées, « qui vont bien au-delà des relations professionnelles ». 

Paris-Saclay et les grandes découvertes

Albert Fert a enseigné tout au long de sa carrière. Aujourd’hui, il est très heureux de la création de l’Université Paris-Saclay et apprécie les doctorants qu’il y recrute. « Sa position au dernier classement de Shangaï (14e mondiale et 1re en physique en Europe) renforce son attractivité internationale et rend possible une politique scientifique significative, notamment pour encourager les collaborations entre laboratoires et disciplines qui favorisent les grandes découvertes », affirme Albert Fert.