Nicolas Gauthier

Le programme de stagiaire postdoctoral a permis d’accueillir Nicolas Gauthier. Il est arrivé à l’IQ en août 2021 pour entreprendre son second stage postdoctoral, cette fois-ci dans le groupe du Pr Jeffrey Quilliam. Il a réalisé son précédent stage dans le groupe d’un spécialiste reconnu de la spectroscopie photoélectronique résolue en angle (ARPES pour l’acronyme anglais) sur les cuprates, le Pr Zhi-Xun Shen de l’Université Stanford.

Comme pour plusieurs personnes étudiantes en physique, c’est l’attrait de l’astrophysique qui incite Nicolas Gauthier à s’inscrire en physique. Après avoir fait ses études collégiales en sciences de la nature au Cégep Régional Lanaudière à l’Assomption, il entreprend un baccalauréat en physique à l’Université de Montréal.

« J’ai eu l’occasion de faire quelques stages durant mon baccalauréat. Le premier était en physique des particules dans le laboratoire de TRIUMF à Vancouver au sein d’une imposante équipe. Mon deuxième stage a été réalisé au sein du groupe du Pr Andrea Bianchi à l’Université de Montréal, en physique des matériaux, plus précisément en croissance et caractérisation des matériaux. Ce sujet m’intéressait davantage, à tel point que c’est dans ce groupe que j’ai débuté ma maîtrise. Je suis donc passé de l’astrophysique au magnétisme. Je suis allé en Europe quelquefois durant ma maîtrise pour faire des mesures sous pression et de la diffusion neutronique avec des collaborateurs suisses, ce qui m’a mené à faire mon doctorat à l’Institut Paul Scherrer, pas très loin de Zürich, en affiliation avec l’ETH Zürich. »

C’est au centre d’infrastructures de grande envergure (sources de neutrons ou de muons, synchrotron, etc.), comme celles présentes à l’Institut Paul Scherrer, que Nicolas Gauthier raffine sa connaissance de la  physique des matériaux. L’ampleur imposante de ces grandes installations de recherche et le fait qu’il en existe très peu sur la planète exige des scientifiques une planification rigoureuse et une préparation  méticuleuse pour en faire l’utilisation.

« J’ai consacré la grande majorité de mon temps à étudier ce qu’on appelle des aimants frustrés à l’aide de la diffusion neutronique, mais j’ai aussi touché à d’autres catégories de matériaux comme les fermions lourds et les multiferroïques. En plus de la diffusion neutronique, j’ai aussi appris des techniques expérimentales qui sondent la matière avec des muons ou des rayons-x. C’était facilement accessible à l’Institut Paul Scherrer, alors j’ai eu la chance d’être en contact avec plusieurs types d’expérience ».

« A la suite de mon doctorat, j’envisageais faire de la physique de l’ultrarapide. J’avais déjà un peu d’expérience avec la spectroscopie photoélectronique et j’étais excité par l’idée de faire des études de ce type dans le domaine temporel ». Pour réaliser son stage postdoctoral, Nicolas s’est donc tourné vers le professeur Zhi-Xun Shen, un expert dans le domaine de la photoémission, qui l’invite à se joindre à son groupe de recherche. « Dans le laboratoire j’ai eu l’occasion de faire de l’ARPES résolu en temps ce qui m’a permis de mieux comprendre la dynamique électronique, le couplage électron-phonon et les états métastables. » Comme il l’indique, apprendre la technique de spectroscopie photoélectrique, sensible aux électrons de conduction, était particulièrement enrichissante, mais, pour la suite, il a décidé de réorienter ses recherches vers le magnétisme, un sujet qui l’avait vivement passionné durant le doctorat.

SES INTÉRÊTS DE RECHERCHE

Intéressé par une carrière en recherche dans une université québécoise, Nicolas a observé l’effervescence dans le domaine des sciences quantiques à Sherbrooke et les possibilités d’envisager une vie professionnelle sur place. C’est d’ailleurs cette multitude de possibilités qui a attiré le postdoc à l’IQ.

Il nous détaille ici le projet de recherche qu’il mène pendant son séjour à Sherbrooke. « Il vise à caractériser les corrélations et fluctuations multipolaires dans les matériaux quantiques pour clarifier leur importance dans divers états de la matière. Alors qu’on se limite souvent à l’étude des dipôles magnétiques, les multipôles décrivent complètement la densité de charge électrique et la densité d’aimantation des électrons de valence. Ce projet est particulièrement ambitieux car les multipôles ne sont pas mesurés directement par la plupart des techniques expérimentales. J’utiliserai donc une combinaison de techniques expérimentales (vitesse ultrasonore, résonance magnétique nucléaire, spectroscopie neutronique) ainsi que des modèles théoriques pour mettre en évidence le rôle des multipôles. Mes recherches apporteront de nouvelles perspectives dans le domaine des liquides de spins, des supraconducteurs et de la spintronique. »

Nicolas Gauthier maîtrise plusieurs techniques expérimentales, autant dans les laboratoires de l’IQ que dans des infrastructures de grande envergure à l’international. Cette expertise, jumelée à ces multiples intérêts de recherche, font de lui un chercheur polyvalent pouvant explorer des univers variés.