CV

1. Principales étapes de la carrière et affectations successives

1961 Doctorat à l’Université de Vienne, Thèse sous la direction de W. Thirring.
1961/63 Maître assistant à l’Institut de la physique théorique, Université de Vienne.
1963/65
Post-doc à l’Université de l’Illinois, Urbana, IL USA, travaillant dans l’équipe de J. Bardeen, G. Baym, L.P. Kadanoff et D. Pines.
1965/66 Maître assistant à l’Université de Vienne.
1966/70
Fellow of the atomic energy authority, Harwell, Royaume Uni, travaillant dans l’équipe de J. Hubbard.
1970/71
Assistant Professor au Département de Physique, New York University, New York, USA.
1971/75 Post-doc à l’Institut Laue Langevin.
1975/85 Maître de Recherche au LEPES
1985/— Directeur de Recherche au CRTBT

2. Principales contributions à la recherche
  1. Arrivant au CNRS en 1975, le laboratoire d’accueil (LEPES sous la direction de B.K. Chakraverty) m’a chargé d’apporter un soutien théorique aux divers groupes expérimentaux travaillant sur le magnétisme itinérant et la transition métal-isolant dans les oxydes de métaux de transitions. En collaboration avec C.R. Natoli et C. Castellani, alors visiteurs à l’ILL, nous avons abordé la physique de ces matériaux par une étude d’un exemple concret : V2O3. Cette étude nous a amenés à la conclusion que, dans de tels matériaux, l’ordre de spin était fortement couplé à un ordre orbital (Phys. Rev. B 18 (1978) 4945). Cette étude théorique a incité de nombreuses activités expérimentales sur l’ordre orbital sur la scène internationale, et particulièrement une belle étude à l’ESRF de Grenoble (Paolasini et al., Phys. Rev. Lett. 82 (1999) 4719).

  2. Une autre activité expérimentale au LEPES, à cette époque, concernait des systèmes bi-polaroniques comme Ti4O7 où des bipolarons localisés ont pu être mis en évidence. Le but de mon activité dans ce domaine était de regarder dans quelle mesure il était possible d’envisager ces bipolarons en tant qu’entités itinérantes, ce qui pourrait résulter en un état condensé analogue à celui de la superfluidité de l’4He. Ce type de supraconductivité, dite “supraconductivité bipolaronique” (A.S. Alexandrov et J. Ranninger, Phys. Rev. B 23 (1981) 1756), étant contrainte à la limite antiadiaba¬tique, et par conséquent ayant une tempé¬rature critique Tc très petite, reste à vérifier expérimentalement, mais a donné une incitation à prospecter une nouvelle forme de supraconducteurs parmi les oxydes.
  3. Afin de pouvoir envisager un état supraconducteur dans des systèmes polaroniques sous des conditions plus aptes à une vérification expérimentale, j’ai proposé au milieu des années 80 (J. Ranninger et S. Robaszkiewicz, Physica B 135 (1985) 468) l’idée d’un état bipolaronique résonant immergé dans un liquide de Fermi. C’est à partir de la découverte de la supra¬conductivité à haut Tc et, simultanément, mon intégration au CRTBT, que j’ai commencé à étudier ce modèle d’une façon systématique. Un échange entre des états moléculaires de deux polarons et des paires d’électrons non corrélées (décrit par ce qui est connu sous le nom de modèle Bosons-Fermions) un appariement entre électrons est induit rendant en même temps les états moléculaires des polarons itinérants (thèse d’état sous ma direction de J.-M. Robin 1995 et Phys. Rev. Lett. 74 (1995) 4027). Ceci se manifeste par l’ouverture d’un pseudogap au-dessus de la témpérature critique Tc à une température T* qui caractérise l’appariement d’électrons sur une échelle de temps finie. Depuis ce travail, le phénomène du pseudogap a été observé (Campuzano et Shen aux U.S.A., Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 4841, Nature 382 (1996) 51) dans la quasi totalité des supraconducteurs à haut Tc. Dans une série de publications dans PRB et PRL, nous avons par la suite exploré ce modèle en liaison avec les supraconducteurs à haut Tc, et notamment l’effet Meissner au-dessus de Tc (P. Devillard et J. Ranninger, Phys. Rev. Lett. 81 (2000) 5200) et la relation entre la température T* et Tc en fonction du dopage (thèse d’état de L. Tripodi 2002 et Phys. Rev. B 67 (2003) 17452.
3. Audience internationale
  1. Environ 60 conférences invitées depuis 1987, principalement en liaison avec le sujet de la supraconductivité à haut Tc.

  2. Co-organisateur (avec C. Castellani et W. Hanke) de l’école “Physique de la Matière Condensée” à l’Institut “for Scientific Interchange” à Turin 1993-95, avec le thème “Frontiers in condensed matter physics : interacting electrons in superconductors and materials of reduced geometry”.Co-organisateur d’une “Euro-conférence” sur le thème “Cross-over phenomena in solid state physics : from weak to strong coupling in electron systems”, Turin 1994.

  3. Sur invitation de F. Bassani, Président de la Société Italienne de Physique, j’ai été chargé d’organiser conjointement avec G. Iadonisi (Napel) une école à l’International School of Physics “Enrico Fermi” à Varenna en Juin 2005. Le thème sera : “Polaron effects in perovskite oxides and low dimensionality systems”.
4. Projets dans le cadre de l’éméritat

Les travaux théoriques effectués sur ce modèle depuis une dizaine d’années avec mes nombreux collaborateurs au CRTBT ont eu comme but de décrire la supraconductivité à haut Tc. Il est devenu évident au cours de ces dernières années que le modèle “Boson-Fermion” présentait un paradigme qui décrivait une diversité de systèmes physiques et qui dépassait largement le cadre des systèmes polaroniques pour lesquels je l’avais proposé initialement. Une grande activité expérimentale ainsi que théorique se développe actuellement autour du problème de condensat de Bose dans des gaz atomiques ultra-froids, piégés dans des puits de potentiels optiques. Ceci concerne non seulement des atomes bosoniques, mais également des états moléculaires composés de deux atomes fermioniques. L’intérêt dans l’étude de ces derniers est de comprendre le “cross-over” entre i) un état BCS, lorsque les fermions sont appariés en forme de paires de Cooper, et ii) un état caractérisé par un condensat de Bose (BEC) de paires d’atomes fortement liées[1,2]. Ce cross-over peut être contrôlé par une modulation du potentiel responsable de l’appariement des atomes. Cela est rendu possible par un mécanisme connu sous le nom de résonance de Feshbach. Celle-ci repose sur une interaction hyperfine des atomes telle que leur potentiel d’interaction interatomique peut les impliquer dans un état singulet ou triplet de spins électroniques lorsque deux atomes entrent en collision. Ainsi, le potentiel triplet peut engendrer un état faiblement lié entre deux atomes, tandis que le potentiel singulet résulte en des états diffusifs. En appliquant un champ magnétique, on peut ainsi modifier la différence en énergie de ces deux potentiels. Lorsqu’elle est faible, on obtient alors que les atomes incidents s’engagent dans un état résonant d’appariement ayant une grande stabilité. Leur temps de vie devient suffisamment long pour pouvoir mettre en évidence leur condensation qui, selon la force d’interaction, est soit en forme d’un condensat de Bose des paires liées[3], soit en forme d’un état BCS des paires de Cooper[4]. Actuellement, ce type d’interaction atomique est décrit principalement sur la base du modèle Boson-Fermion qui est particulièrement adapté à tenir compte d’un appariement d’atomes par une résonance à la Feshbach.

Plus récemment[5], le problème de la transition quantique entre un supraconducteur et un isolant ont été examiné dans le cadre du modèle Boson-Fermion, où nous avons mis en évidence toute une panoplie de phénomènes physiques qui devraient aussi bien s’appliquer aux gaz atomiques fermioniques ultra-froids sous des formes différentes de leurs condensations. En effet, ces études théoriques nous amènent, au-delà d’un cross-over d’une phase BCS vers une phase BEC de paires liées, à explorer des sentiers nouveaux dans cette discipline de recherche et, notamment i) une possible transition superfluide-isolant induite par une modification de l’interaction interatomique, de la concentration et de l’énergie cinétique des atomes, ii) une possible phase métallique bosonique6 qui devrait persister jusqu’à la température zéro7 et qui pourrait s’intercaler entre la phase superfluide et la phase isolante[8].

Ce type de physique a été largement débattu dans le contexte des structures mésoscopiques du genre réseau de jonctions de Josephson[9] et des couches isolantes ayant une supraconductivité locale qui, en augmentant leur épaisseur, résultent en un état supraconducteur[10]. Ces problèmes ont été étudiés sur la base d’un modèle de Hubbard pour bosons[11] et du modèle de phase quantique[12] (quantum phase model).

Bien que la physique de la transition superfluide-isolant puisse être réconciliée avec une compétition entre la raideur de la phase des bosons et les fluctuations de leur densité locale, il est bien plus difficile (et actuellement non résolu) de trouver le moyen d’établir une phase normale de bosons à la température zéro.

En étudiant ces problèmes physiques sur la base d’un modèle “boson-fermion”, nous nous sommes aperçus[6] qu’une telle physique pouvait provenir d’une compétition entre, d’une part une phase locale qui verrouille la phase dans la dynamique de l’échange entre des paires liées de fermions et des fermions itinérants, d’autre part un verrouillage de ces phases locales à une longue portée due à l’itinérance des fermions appariés. Le verrouillage de la phase locale, n’étant pas stationnaire mais relaxant très lentement, pourrait en résulter alors dans un système de bosons itinérants non condensés à T = 0, une idée qui a été proposée pour la première fois dans un scénario de verre de phase[13].

C’est dans cette optique d’un programme de recherche dans lequel je me suis actuellement engagé que je postule pour un statut d’éméritat. Cela me permettrait d’utiliser mes acquis dans la physique des supraconducteurs pour les appliquer aux phénomènes physiques observés dans les gaz atomiques fermioniques ultra-froids, et notamment en liaison avec leurs multiples formes de condensation et leur possible transition vers des états “nouveaux”.

 1. A. Leggett, J. Phys. (Paris) 41 (1980) 7.
 2. P. Nozières, S. Schmitt-Rink, J. Low Temp. Phys. 59 (1985) 195.
 3. M. Greiner, C.A. Regal, D.S. Jin, Nature 426 (2003) 537.
 4. C.A. Regal, M. Greiner, D.S. Jin, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 40403.
 5. M. Cuoco, I. Noce, J. Ranninger, A. Romano, Phys. Rev. B 67 (2003) 224504.
 M. Cuoco, J. Ranninger, Phys. Rev. B (Fev. 2004, soumis).
 6. J. Devillard, R. Ranninger, Phys. Rev. Lett. 84 (2004) 5200.
 7. D. Das, S. Doniach, Phys. Rev. B 60 (1999) 1261.
 8. N. Mason, A. Kapitulnik, Phys. Rev. B 65 (2002) 220505.
 9. H.S.J. van der Zant et al., Phys. Rev. Lett. 69 (1992) 2971.
10. C. Christiansen, L.M. Hernandez and A.M. Goldman, Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 37004.
11. S. Sachdev, “Quantum Phase Transitions”, Cambridge Univ. Press (Cambridge, UK 2001).
12. R. Fazio, H.S.J. Van der Zant, Phys. Rep. 355 (2001) 235.
13. P. Phillips, D. Davidovich, Science 302 (2003) 243.
[en]
1. Principales étapes de la carrière et affectations successives

1961 Doctorat à l’Université de Vienne, Thèse sous la direction de W. Thirring.

1961/63 Maître assistant à l’Institut de la physique théorique, Université de Vienne.

1963/65 Post-doc à l’Université de l’Illinois, Urbana, IL USA, travaillant dans l’équipe de J. Bardeen, G. Baym, L.P. Kadanoff et D. Pines.

1965/66 Maître assistant à l’Université de Vienne.

1966/70 Fellow of the atomic energy authority, Harwell, Royaume Uni, travaillant dans l’équipe de J. Hubbard.

1970/71 Assistant Professor au Département de Physique, New York University, New York, USA.

1971/75 Post-doc à l’Institut Laue Langevin.

1975/85 Maître de Recherche au LEPES

1985/— Directeur de Recherche au CRTBT

2. Principales contributions à la recherche
[en]
  1. Arrivant au CNRS en 1975, le laboratoire d’accueil (LEPES sous la direction de B.K. Chakraverty) m’a chargé d’apporter un soutien théorique aux divers groupes expérimentaux travaillant sur le magnétisme itinérant et la transition métal-isolant dans les oxydes de métaux de transitions. En collaboration avec C.R. Natoli et C. Castellani, alors visiteurs à l’ILL, nous avons abordé la physique de ces matériaux par une étude d’un exemple concret : V2O3. Cette étude nous a amenés à la conclusion que, dans de tels matériaux, l’ordre de spin était fortement couplé à un ordre orbital (Phys. Rev. B 18 (1978) 4945). Cette étude théorique a incité de nombreuses activités expérimentales sur l’ordre orbital sur la scène internationale, et particulièrement une belle étude à l’ESRF de Grenoble (Paolasini et al., Phys. Rev. Lett. 82 (1999) 4719).

  2. Une autre activité expérimentale au LEPES, à cette époque, concernait des systèmes bi-polaroniques comme Ti4O7 où des bipolarons localisés ont pu être mis en évidence. Le but de mon activité dans ce domaine était de regarder dans quelle mesure il était possible d’envisager ces bipolarons en tant qu’entités itinérantes, ce qui pourrait résulter en un état condensé analogue à celui de la superfluidité de l’4He. Ce type de supraconductivité, dite “supraconductivité bipolaronique” (A.S. Alexandrov et J. Ranninger, Phys. Rev. B 23 (1981) 1756), étant contrainte à la limite antiadiaba¬tique, et par conséquent ayant une tempé¬rature critique Tc très petite, reste à vérifier expérimentalement, mais a donné une incitation à prospecter une nouvelle forme de supraconducteurs parmi les oxydes.
  3. Afin de pouvoir envisager un état supraconducteur dans des systèmes polaroniques sous des conditions plus aptes à une vérification expérimentale, j’ai proposé au milieu des années 80 (J. Ranninger et S. Robaszkiewicz, Physica B 135 (1985) 468) l’idée d’un état bipolaronique résonant immergé dans un liquide de Fermi. C’est à partir de la découverte de la supra¬conductivité à haut Tc et, simultanément, mon intégration au CRTBT, que j’ai commencé à étudier ce modèle d’une façon systématique. Un échange entre des états moléculaires de deux polarons et des paires d’électrons non corrélées (décrit par ce qui est connu sous le nom de modèle Bosons-Fermions) un appariement entre électrons est induit rendant en même temps les états moléculaires des polarons itinérants (thèse d’état sous ma direction de J.-M. Robin 1995 et Phys. Rev. Lett. 74 (1995) 4027). Ceci se manifeste par l’ouverture d’un pseudogap au-dessus de la témpérature critique Tc à une température T* qui caractérise l’appariement d’électrons sur une échelle de temps finie. Depuis ce travail, le phénomène du pseudogap a été observé (Campuzano et Shen aux U.S.A., Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 4841, Nature 382 (1996) 51) dans la quasi totalité des supraconducteurs à haut Tc. Dans une série de publications dans PRB et PRL, nous avons par la suite exploré ce modèle en liaison avec les supraconducteurs à haut Tc, et notamment l’effet Meissner au-dessus de Tc (P. Devillard et J. Ranninger, Phys. Rev. Lett. 81 (2000) 5200) et la relation entre la température T* et Tc en fonction du dopage (thèse d’état de L. Tripodi 2002 et Phys. Rev. B 67 (2003) 17452.
3. Audience internationale
  1. Environ 60 conférences invitées depuis 1987, principalement en liaison avec le sujet de la supraconductivité à haut Tc.

  2. Co-organisateur (avec C. Castellani et W. Hanke) de l’école “Physique de la Matière Condensée” à l’Institut “for Scientific Interchange” à Turin 1993-95, avec le thème “Frontiers in condensed matter physics : interacting electrons in superconductors and materials of reduced geometry”.Co-organisateur d’une “Euro-conférence” sur le thème “Cross-over phenomena in solid state physics : from weak to strong coupling in electron systems”, Turin 1994.

  3. Sur invitation de F. Bassani, Président de la Société Italienne de Physique, j’ai été chargé d’organiser conjointement avec G. Iadonisi (Napel) une école à l’International School of Physics “Enrico Fermi” à Varenna en Juin 2005. Le thème sera : “Polaron effects in perovskite oxides and low dimensionality systems”.
4. Projets dans le cadre de l’éméritat

Les travaux théoriques effectués sur ce modèle depuis une dizaine d’années avec mes nombreux collaborateurs au CRTBT ont eu comme but de décrire la supraconductivité à haut Tc. Il est devenu évident au cours de ces dernières années que le modèle “Boson-Fermion” présentait un paradigme qui décrivait une diversité de systèmes physiques et qui dépassait largement le cadre des systèmes polaroniques pour lesquels je l’avais proposé initialement. Une grande activité expérimentale ainsi que théorique se développe actuellement autour du problème de condensat de Bose dans des gaz atomiques ultra-froids, piégés dans des puits de potentiels optiques. Ceci concerne non seulement des atomes bosoniques, mais également des états moléculaires composés de deux atomes fermioniques. L’intérêt dans l’étude de ces derniers est de comprendre le “cross-over” entre i) un état BCS, lorsque les fermions sont appariés en forme de paires de Cooper, et ii) un état caractérisé par un condensat de Bose (BEC) de paires d’atomes fortement liées[1,2]. Ce cross-over peut être contrôlé par une modulation du potentiel responsable de l’appariement des atomes. Cela est rendu possible par un mécanisme connu sous le nom de résonance de Feshbach. Celle-ci repose sur une interaction hyperfine des atomes telle que leur potentiel d’interaction interatomique peut les impliquer dans un état singulet ou triplet de spins électroniques lorsque deux atomes entrent en collision. Ainsi, le potentiel triplet peut engendrer un état faiblement lié entre deux atomes, tandis que le potentiel singulet résulte en des états diffusifs. En appliquant un champ magnétique, on peut ainsi modifier la différence en énergie de ces deux potentiels. Lorsqu’elle est faible, on obtient alors que les atomes incidents s’engagent dans un état résonant d’appariement ayant une grande stabilité. Leur temps de vie devient suffisamment long pour pouvoir mettre en évidence leur condensation qui, selon la force d’interaction, est soit en forme d’un condensat de Bose des paires liées[3], soit en forme d’un état BCS des paires de Cooper[4]. Actuellement, ce type d’interaction atomique est décrit principalement sur la base du modèle Boson-Fermion qui est particulièrement adapté à tenir compte d’un appariement d’atomes par une résonance à la Feshbach.

Plus récemment[5], le problème de la transition quantique entre un supraconducteur et un isolant ont été examiné dans le cadre du modèle Boson-Fermion, où nous avons mis en évidence toute une panoplie de phénomènes physiques qui devraient aussi bien s’appliquer aux gaz atomiques fermioniques ultra-froids sous des formes différentes de leurs condensations. En effet, ces études théoriques nous amènent, au-delà d’un cross-over d’une phase BCS vers une phase BEC de paires liées, à explorer des sentiers nouveaux dans cette discipline de recherche et, notamment i) une possible transition superfluide-isolant induite par une modification de l’interaction interatomique, de la concentration et de l’énergie cinétique des atomes, ii) une possible phase métallique bosonique6 qui devrait persister jusqu’à la température zéro7 et qui pourrait s’intercaler entre la phase superfluide et la phase isolante[8].

Ce type de physique a été largement débattu dans le contexte des structures mésoscopiques du genre réseau de jonctions de Josephson[9] et des couches isolantes ayant une supraconductivité locale qui, en augmentant leur épaisseur, résultent en un état supraconducteur[10]. Ces problèmes ont été étudiés sur la base d’un modèle de Hubbard pour bosons[11] et du modèle de phase quantique[12] (quantum phase model).

Bien que la physique de la transition superfluide-isolant puisse être réconciliée avec une compétition entre la raideur de la phase des bosons et les fluctuations de leur densité locale, il est bien plus difficile (et actuellement non résolu) de trouver le moyen d’établir une phase normale de bosons à la température zéro.

En étudiant ces problèmes physiques sur la base d’un modèle “boson-fermion”, nous nous sommes aperçus[6] qu’une telle physique pouvait provenir d’une compétition entre, d’une part une phase locale qui verrouille la phase dans la dynamique de l’échange entre des paires liées de fermions et des fermions itinérants, d’autre part un verrouillage de ces phases locales à une longue portée due à l’itinérance des fermions appariés. Le verrouillage de la phase locale, n’étant pas stationnaire mais relaxant très lentement, pourrait en résulter alors dans un système de bosons itinérants non condensés à T = 0, une idée qui a été proposée pour la première fois dans un scénario de verre de phase[13].

C’est dans cette optique d’un programme de recherche dans lequel je me suis actuellement engagé que je postule pour un statut d’éméritat. Cela me permettrait d’utiliser mes acquis dans la physique des supraconducteurs pour les appliquer aux phénomènes physiques observés dans les gaz atomiques fermioniques ultra-froids, et notamment en liaison avec leurs multiples formes de condensation et leur possible transition vers des états “nouveaux”.

 1. A. Leggett, J. Phys. (Paris) 41 (1980) 7.
 2. P. Nozières, S. Schmitt-Rink, J. Low Temp. Phys. 59 (1985) 195.
 3. M. Greiner, C.A. Regal, D.S. Jin, Nature 426 (2003) 537.
 4. C.A. Regal, M. Greiner, D.S. Jin, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 40403.
 5. M. Cuoco, I. Noce, J. Ranninger, A. Romano, Phys. Rev. B 67 (2003) 224504.
 M. Cuoco, J. Ranninger, Phys. Rev. B (Fev. 2004, soumis).
 6. J. Devillard, R. Ranninger, Phys. Rev. Lett. 84 (2004) 5200.
 7. D. Das, S. Doniach, Phys. Rev. B 60 (1999) 1261.
 8. N. Mason, A. Kapitulnik, Phys. Rev. B 65 (2002) 220505.
 9. H.S.J. van der Zant et al., Phys. Rev. Lett. 69 (1992) 2971.
10. C. Christiansen, L.M. Hernandez and A.M. Goldman, Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 37004.
11. S. Sachdev, “Quantum Phase Transitions”, Cambridge Univ. Press (Cambridge, UK 2001).
12. R. Fazio, H.S.J. Van der Zant, Phys. Rep. 355 (2001) 235.
13. P. Phillips, D. Davidovich, Science 302 (2003) 243.

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