Alexeï Abrikossov (physicien)

Alexeï Alexeïevitch Abrikossov naît le 25 juin 1928 à Moscou (RSFSR)^[1],[2],[3]. Il est issu d'une célèbre famille russe, les Abrikossov^[1],[3]. Son arrière-grand-père, Alexeï Abrikossov, fonde la société de confiserie Alexeï Ivanovitch Abrikossov et Fils qui devient en 1899 fournisseur officiel de la cour du Tsar Nicolas II^[1],[4],[5]. Son père, Alexeï Ivanovitch Abrikossov, est un pathologiste particulièrement reconnu^[1]. Il est vice-président de l'académie des sciences médicales de l'URSS et est notamment le médecin légiste de Lénine^[1],[a]. Sa mère, Fani Davidovna Wulf, ancienne élève du père, est anatomiste en chef de l'hôpital du Kremlin^[6],[4].

Dans son entourage immédiat figure également son oncle, Dimitri Ivanovitch Abrikossov, diplomate exilé au Japon, qui œuvre, étant resté fidèle à l'Empire, à aider de nombreux réfugiés à démarrer une nouvelle vie en dehors de l'URSS^[7],[3]. Son existence, qu'Alexeï ne découvre qu'une fois âgé, empêche ce dernier, sur les ordres du KGB, de participer au programme nucléaire soviétique^[4].

La tante d'Alexeï, Anna Ivanovna Abrikossova, est une religieuse convertie au catholicisme qui est exilée en Sibérie^[7]. Alexeï intercède d'ailleurs, en 1993, auprès du pape Jean-Paul II, en lui écrivant une lettre pour décrire le sort de sa tante^[7]. Cette dernière est qualifiée par le Saint-Siège de « servante de Dieu » et est sur la voie de la béatification^[7].

Alexeï Abrikossov est diplômé à 15 ans, en 1943, d'un lycée à Kazan, une ville à l'est de Moscou où sa famille a fui l'invasion nazie^{[7],[2],[4],[5]}. Il entame alors des études à l'Institut de génie énergétique de Moscou mais est, en 1945, transféré à l'université d'État de Moscou^{[2],[7],[4],[5]}. En 1948, il y obtient, à l'âge de 20 ans, une maîtrise en sciences, avec summa cum laude, de la Faculté de physique^{[2],[7],[4],[8]}.

Abrikossov démarre une thèse sous la tutelle de Lev Landau, futur prix Nobel de physique, en physique théorique, à l'institut des problèmes physiques, connu plus tard sous le nom d'institut Kapitza^[9],[4]. En 1947, Abrikossov réussit l'examen d'entrée pour devenir l'étudiant de Lev Landau, un examen réputé pour être assez ardu^[9],[4],[8]. La thèse d'Abrikossov porte sur l'étude de la diffusion thermique dans les plasmas et est en lien direct avec les recherches soviétiques sur la bombe nucléaire^[9],[2]. Il la soutient avec succès en 1951 et reçoit le titre de candidat ès sciences^[9],[4],[8].

Après cette thèse, Landau souhaite le garder à ses côtés, mais le fait que sa mère est juive pose au départ problème^[b]. Le KGB finit par accepter la proposition de Landau pour qu'Alexeï Abrikossov rejoigne ce qui deviendra plus tard l’institut Landau de physique théorique^[6],[4]. La carrière professionnelle de Fani Davidovna Wulf joue en effet en faveur de son fils, notamment après l'autopsie de Horloogiyn Choybalsan, principal dirigeant de la République populaire mongole, qu'elle a pratiquée à Moscou^[4].

Abrikossov intègre alors la « Landau School », un club de physique théorique parmi les plus célèbres au monde^[9].

Dès son entrée comme scientifique débutant, il travaille avec l'expérimentateur de l'institut, Nikolaï Zavaritski, sur la vérification expérimentale des prédictions de la théorie de Ginzburg-Landau^[2]. Il s'agit d'une théorie sur la supraconductivité^[2],[10]. Ses résultats, utilisés plus tard dans la décennie, lui permettent de montrer l'existence de deux catégories de supraconducteurs^[2],[10].

Entre 1953 et 1955, Alexeï Abrikossov apporte des résultats importants sur la théorie quantique des champs en collaboration avec Lev Landau et Isaak Khalatnikov^[6],[4]. Ces études révèlent l'échec de la théorique quantique des champs de l'époque, et la question se pose de changer la description de l'interaction des particules^[6]. Ces recherches mènent à la publication d'un article majeur en 1954, connu sous le nom de « Moscow zero »^[8]. Les nouvelles méthodes de calcul conçues à cette occasion sont utilisées par la suite pour résoudre un certain nombre de problèmes de physique statistique et les résultats obtenus mènent au principe de renormalisation, notamment décrit par Nikolaï Bogolioubov et Dmitri Chirkov, ce dernier étant un étudiant contemporain d'Abrikossov^[11],[4],[8].

En 1955, il obtient alors le titre de docteur ès sciences, le plus haut grade de l'enseignement supérieur dans l'ancienne URSS, à seulement 27 ans^[8],[5].

Quelques années plus tard, en 1961, en se basant sur ses travaux du début des années 1950, Abrikossov écrit, en collaboration avec Lev Gorkov et Igor Dzialochinski, le livre Quantum Field Theory Methods in Statistical Physics (Théorie quantique des champs en physique statistique)^[8]. Cet ouvrage, publié en anglais en 1963 et dans une version revisitée en 1975, est considéré comme l'un des livres de référence dans le domaine^[11],[2],[8]. Par commodité, il est simplement nommé AGD, des initiales des trois auteurs^[12],[10]. Il est également traduit en allemand, chinois et japonais^[2].

En 1957, Abrikossov publie l'article The Magnetic Properties of Superconducting Alloys, qui est à la base de la physique et de la supraconductivité moderne^[13],[2],[8]. Sur la base des travaux de Lev Landau et Vitali Guinzbourg et de la théorie phénoménologique dite de Ginzburg-Landau, il montre l'existence de deux catégories de supraconducteurs (types I et II)^[10],[8]. Cet article, particulièrement cité, est la source de son prix Nobel obtenu en 2003 avec Guinzbourg^[c],[13],[8]. Les résultats s'appuyent sur ses expériences menées entre 1951 et 1952 avec son collègue, Nikolaï Zavaritski. Abrikossov, qui n'était pas convaincu à la base, n'aurait accepté l'idée qu'après avoir lu un article de Richard Feynman sur les tourbillons quantiques dans l'hélium superfluide^[14],[3]. Une des conclusions de sa recherche est la découverte d'une structure régulière de vortex quantiques, qui désormais portent le nom de vortex Abrikossov^[2],[12],[8]. Il faut alors attendre dix ans pour que des expérimentateurs admettent les résultats d'Abrikossov lorsqu'ils sont démontrés via des expériences^[2],[5]. Cette découverte permet aux scientifiques de développer des matériaux supraconducteurs capables de transporter des courants beaucoup plus élevés et donc de générer des champs magnétiques bien plus importants^[12]. Ils sont utilisés pour l'imagerie par résonance magnétique et les supraconducteurs de type II qui alimentent le Grand collisionneur de hadrons, ce dernier ayant été utilisé pour découvrir le boson de Higgs, un concept lui-même issu de la supraconductivité^[10],[12]. Les réalisations en matière de supraconductivité menées par Vitali Guinzbourg, Landau, Abrikossov et Lev Gorkov ont un tel impact qu’elles sont abrégées dans la littérature occidentale sous l'acronyme GLAG^[8].

En parallèle de ses recherches sur les supraconducteurs, Alexeï Abrikossov travaille également sur la possibilité d'un hydrogène métallique au cœur des géantes gazeuses et, à la fin des années 1950, il se tourne vers la théorie microscopique de la supraconductivité après avoir pris connaissance des travaux de Nikolaï Bogolioubov^[15]. Avec Khalatnikov, Abrikossov généralise les résultats de Bogolioubov à une température finie, mais leurs deux articles sont rejetés par Evgueni Lifchits^[15]. La théorie BCS, proposée en 1957 par John Bardeen, Leon Neil Cooper et John Robert Schrieffer (prix Nobel de 1972), prouve les mêmes résultats mais de manière différente^[15].

Avec Lev Gorkov et Isaak Khalatnikov, il continue les recherches, et tous trois publient en peu de temps de nombreux papiers sur la supraconductivité et notamment les impuretés magnétiques^{[16],[2],[15]}. Abrikossov et Gorkov, grâce à un formalisme introduit par Takeo Matsubara, sont les premiers à constater que les impuretés magnétiques et non magnétiques agissent différemment dans les supraconducteurs^[16],[17]. Abrikossov est récompensé, en 1966, avec Vitali Guinzbourg et Lev Gorkov, par le prix Lénine pour « la théorie de la supraconductivité dans un champ magnétique intense » (« the theory of superconductivity in strong magnetic field »)^[2].

À partir de années 1960, avec Gorkov, Abrikossov oriente sa recherche de plus en plus vers la théorie des métaux normaux, des semimétaux et des semi-conducteurs^{[16],[18],[8]}. Il s'intéresse à l'effet Kondo (diffusion des électrons dans les métaux normaux par des impuretés magnétiques) et son travail mène à la découverte d'une résonance à basse température, désormais connue sous le nom de résonance d'Abrikossov-Suhl^{[16],[2],[17],[8]}.

Avec différents collaborateurs, il publie des articles sur les semi-métaux^[16],[17]. Il introduit notamment le concept d'isolant excitonique et ses travaux sont toujours pertinents et utilisés dans le cadre de la nanoélectronique, des isolants topologiques ou de la recherche autour du graphène^[16],[8]. Il travaille notamment sur la théorie d'une transition excitonique du bismuth sous champs magnétiques forts et ses prédictions sont en accord parfait avec des données expérimentales^[2],[17],[8]. Ses travaux mènent en 1971 à la publication d'un livre sur les métaux, traduit en anglais sous le titre Introduction to the Theory of Normal Metals^[2]. En 1982, avec un groupe d'expérimentateurs, il reçoit le prix d'État de l'URSS pour ses travaux sur les semi-métaux et les semi-conducteurs à gap nul^[2],[19].

Dans les années 1960, Alexeï Abrikossov est amené à déménager souvent et à voyager en Union soviétique^[19]. En 1962, Lev Landau est gravement blessé lors d'un accident de voiture et ne peut plus faire de recherche en physique. Quatre de ses proches collaborateurs et élèves, Abrikossov, Lev Gorkov, Igor Dzialochinski et Isaak Khalatnikov, décident de maintenir son héritage et fondent l’institut Landau de physique théorique en 1965^{[16],[2],[20]}. Cet institut n'est pas à Moscou mais dans la ville de Tchernogolovka, près de la capitale^[19]. La même année, il est nommé professeur titulaire^[21]. Il dirige alors le département sur la théorie des métaux à l'institut, poste qu'il occupe jusqu'en 1988^[22],[2]. En 1964, il est nommé membre correspondant de l'Académie des sciences de l'URSS et ne devient membre à part entière que 23 ans plus tard^[23].

Ce poste d'enseignant ne l'empêche pas d'occuper divers postes à Moscou^[19]. De 1974 à 1976, il donne un cours sur la théorie des métaux à l'Institut de physique et de technologie de Moscou^[21],[19]. En 1976, il prend la tête du département de physique théorique à l’Institut de l’acier et des alliages de Moscou (MISIS)^[22],[19]. Il y donne chaque année un cours sur la théorie des métaux et les supraconducteurs à de nombreux étudiants^[22]. Ce cours l'amène à publier en 1987 la version russe et l'année suivante la version anglaise de son livre Fundamentals of the Theory of Metals (Principes fondamentaux de la théorie des métaux)^{[22],[19],[20]}. Son département s'agrandit et étudie particulièrement la supraconductivité^[22]. La politique de Mikhaïl Gorbatchev (Perestroïka) vis-à-vis de l'Occident lui permet d'avoir des collaborations avec des universités étrangères, notamment avec les États-Unis, l'Italie, les Pays-Bas, la Belgique, l'Allemagne ou encore la France^[22]. L'institut devient reconnu internationalement, notamment grâce au travail d'Abrikossov et des nombreux collaborateurs qu'il parvient à attirer^[22]. En 1988, il est nommé directeur de l'Institut de physique des hautes pressions de l'Académie des sciences de l'URSS à Troitsk, près de Moscou^{[21],[19],[20]}. Le but de cette nomination est de relancer l'institut qui, bien que fondé en 1958 et reconnu au niveau international, manque d'une vision claire sur ses recherches et a besoin d'un nouveau souffle^[21].

De 1961 à la fin des années 1980, avec son ami et collègue Isaak Khalatnikov, il organise chaque année, à Odessa, un symposium sur la physique théorique, qui réunit de nombreux scientifiques soviétiques et permet des échanges très productifs^[24]. L'enseignement étant pour lui une véritable passion, il organise, tous les deux ans entre 1976 et 1991, des cours sur la physique des métaux à travers toute l'URSS^[24].

De 1970 à 1972, il est conférencier à l'université d'État de Gorki (aujourd'hui l'université d'État de Nijni Novgorod)^[21]. De 1970 à 1975, il continue de travailler sur les semi-conducteurs et notamment les semi-conducteurs à gap nul^[2].

Dès l'aube de la perestroïka, Alexeï Abrikossov hésite à quitter la Russie, imaginant un premier temps partir en France où son second fils réside^[25]. Néanmoins, l'idée ne lui semble pas judicieuse car sa présence en France sera mal vue, son épouse étant l'ex-femme du physicien français Philippe Nozières^[25]. La rumeur d'un départ se propage et Ivan K. Schuller, membre de l'université de Californie à San Diego, l'apprend et prévient Frank Fradin, alors vice-directeur du laboratoire national d'Argonne, spécialisé dans la physique nucléaire^[25]. Pour déjouer les autorités, Abrikossov organise un voyage d'un mois au Venezuela, et profite de celui-ci pour passer une semaine à Argonne pour se familiariser avec les équipes^[25]. Il rejoint finalement le centre officiellement en 1991^{[24],[2],[25],[20]}. Il s'agit d'un « véritable coup de force » de la part du directeur du laboratoire, Michael R. Norman^[24].

Dès 1992, jusqu'en 2000, il prend la tête du groupe de théorie de la matière condensée^[24],[25]. Durant ces années, Abrikossov continue la recherche, créant un « bourdonnement permanent de visiteurs » autour de lui^[24]. De nombreux chercheurs étrangers visitent régulièrement le centre, parmi lesquels Andrey Varlamov, Alexandre Bouzdine, Youri Galperine et Lev Pitaevski^[25]. Anatoli Larkine y passe d'ailleurs six mois, en congé sabbatique^[25]. La plupart sont russophones, ce qui ne manque pas de créer quelques discussions au centre^[26].

Durant ses années au centre, la supraconductivité à haute température reste son sujet de recherche principal^[27],[20]. Il travaille avec des expérimentateurs américains (groupe de Juan Carlos Campuzano), notamment pour expliquer les singularités de Van Hove ou tenter de créer son propre modèle^[24],[28]. Il s'oriente aussi vers la magnétorésistance linéaire, phénomène découvert expérimentalement par Piotr Kapitza en 1928 mais faussement attribué à un autre phénomène, à la suite de découvertes expérimentales par des collègues (Marie-Louise Saboungi et l'équipe de Thomas Felix Rosenbaum à l'université de Chicago). Il élabore une théorie quantique sur le sujet, ce qui le renvoie à ses travaux précédents sur les semi-métaux^{[24],[27],[2]}.

Aux États-Unis, il enseigne, notamment comme professeur adjoint à l'université de l'Illinois à Chicago et l'université de l'Utah^[21],[12]. Il reçoit également une bourse de la fondation Leverhulme et enseigne à l'université de Loughborough au Royaume-Uni^[21],[2].

En 1999, il est naturalisé américain et élu membre de l'Académie nationale des sciences des États-Unis^[2]. En 2001, il est élu membre étranger de la Royal Society^[2].

En 2000, âgé de 72 ans, Abrikossov quitte son poste de chef de groupe mais continue à être très actif scientifiquement^[24].

En 2003, il est colauréat avec Vitali Guinzbourg et Anthony Leggett du prix Nobel de physique « pour des contributions pionnières à la théorie des supraconducteurs et des superfluides »^[8],[29]. Ce prix lui donne l'occasion de voyager, ce qui lui était presque impossible durant ses années en Union soviétique^[28]. Malheureusement, six mois après son prix, il développe une dégénérescence maculaire liée à l'âge^[28]. Il perd la vision d'un œil et garde une vision très limitée du deuxième^[28]. Cela ne l'empêche pas de venir au laboratoire d'Argonne, même après sa pension en 2014, et ce, jusqu'en 2016^[24],[28].

Au printemps 2016, Alexeï Abrikossov est victime d'une crise cardiaque^[30]. Il déménage en Californie avec sa femme pour rejoindre leur fille, Natalia, médecin à Palo Alto^[30],[24]. Il est de nouveau victime d'une crise cardiaque, qui lui est fatale^[30]. Il meurt le 29 mars 2017 à Palo Alto^{[30],[24],[5]}.

Alexeï Abrikossov est un passionné de randonnée en montagne, sport populaire parmi les scientifiques soviétiques et qu'il pratique en groupe avec des collègues^[24]. En 1968, il réussit, grâce à sa réputation, à ce que le Parti communiste de l'Union soviétique accepte une ascension du Kilimandjaro^[31],[19]. L'expédition est organisée par la Société géographique de l'URSS et est la première expédition soviétique sur cette montagne^[31].

Ses contemporains déclarent qu'Alexeï Abrikossov a des idées bien arrêtées et qu'il les partage plus qu'il ne faudrait. Lui-même le reconnaît, et c’est la raison pour laquelle il n'a jamais écrit ses mémoires^[30]. Dans un article d'opinion publié dans le New York Times en 1993, Abrikossov est cité et indique que les meilleurs scientifiques russes devraient être recrutés en dehors de la Russie, et que les autres devraient être ignorés, ce qui ne manque pas de créer des protestations^[30].

Il se marie trois fois : avec Tatiana, Annie et Svetlana^[30]. Il reste marié avec cette dernière durant 40 ans^[31],[30]. Il a deux fils de ses deux premiers mariages (Alexeï, physicien, et Michel) ainsi qu'une belle-fille de son dernier mariage (Natalia)^[31],[30].

• (en) A. A. Abrikosov, « The Magnetic Properties of Superconducting Alloys », Journal of Physics and Chemistry of Solids, vol. 2, n^o 3,‎ 1^er janvier 1957, p. 199–208 (ISSN 0022-3697, DOI 10.1016/0022-3697(57)90083-5 ).

• (en) A. A. Abrikosov, L. P. Gorkov et I. E. Dzyaloshinski, Methods Of Quantum Field Theory In Statistical Physics, 1963 (lire en ligne ).
• (en) A. A. Abrikosov, Introduction to the Theory of Normal Metals, New York, Academic Press, 1972 (ISBN 978-0-12-607772-8, lire en ligne ).
• (en) A. A. Abrikosov, Fundamentals of the Theory of Metals, Amsterdam, North-Holland, 1988 (ISBN 978-0-444-87095-7, lire en ligne ).

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• (en) Aleksandr F. Andreev, Alexandre Bouzdine, Andrey Varlamov et Yurii Kh. Vekilov, « Aleksei Alekseevich Abrikosov (on his 80th birthday) », Physics-Uspekhi, vol. 51, n^o 6,‎ 2008, p. 637 (ISSN 1063-7869, DOI 10.1070/PU2008v051n06ABEH006660 ). 
• (en) Aleksandr F. Andreev, Alexandre Bouzdine, Andrey Varlamov et Yurii Kh. Vekilov, « In memory of Aleksei Alekseevich Abrikosov », Physics-Uspekhi, vol. 60, n^o 6,‎ 1^er septembre 2017, p. 638–639 (ISSN 1063-7869 et 1468-4780, DOI 10.3367/UFNe.2017.05.038129 ). 
• (en) M. R. Norman, A Biographical Memoir: Aleksei Alkeseevich Abrikosov, Académie nationale des sciences, 2018, 15 p. (lire en ligne [PDF]).
• (en) Andrey Varlamov et Peter Littlewood, « Alexei Alekseevich Abrikosov. 25 June 1928—29 March 2017 », Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, vol. 76,‎ 17 janvier 2024, p. 9–26 (DOI 10.1098/rsbm.2023.0030 ). 

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