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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants 2009

24 septembre 2009

A. Cassimi, D. Hennecart, J. Rangama, T. Been,  D. Lelièvre, J.-M. Ramillon,  -  CIMAP, CEA-CNRS, Caen,
T. Muranaka CEA-IRFU Saclay
A. Leredde, X. Fléchard, LPC
H. Shiromaru, J. Matsumoto,  K.-I. Hayakawa Tokyo Metropolitan University

En explorant la matière avec des ions énergétiques, la répartition des charges entre les fragments, lors d'une réaction d'ionisation, peut nous informer sur la nature des liaisons entre les atomes. Il vient ainsi d'être observé que la charge induite par ionisation est mieux répartie entre les fragments dans le cas des molécules covalentes, où les électrons sont délocalisés sur l'ensemble des atomes, comparé aux agrégats de gaz rare, où les électrons restent individuellement localisés sur leur atome.

Arracher plusieurs électrons à un édifice polyatomique, tel qu'une molécule ou un agrégat, conduit usuellement à sa dissociation. En effet, la cohésion de ces systèmes résulte en règle générale de l'échange d'électrons entre les atomes les constituant. Retirer certains de ces électrons déstabilise les liaisons au sein de l'édifice atomique, qui se dissocie en se relaxant. C'est le cas notamment des molécules à liaisons covalentes ou, de manière plus délocalisée, des agrégats métalliques.

26 janvier 2009
P. Camy, A. Benayad, J.L. Doualan, V. Ménard, R. Moncorgé (IRAMIS-CIMAP/MIL)

Dans la poursuite de l'amélioration des chaines laser de puissance, un axe majeur de développement est d'obtenir à la fois de meilleurs rendements et une meilleure accordabilité. Pour les futurs lasers devant fonctionner en pompage par diodes à haute cadence et à haute énergie, plusieurs matériaux susceptibles de répondre à cette double exigence (monocristaux, verres et céramiques dopés) sont aujourd'hui étudiés.

Parmi ces matériaux, la fluorine (CaF2) dopée Yb3+ fabriquée et étudiée par l'équipe "Matériaux et Instrumentation Laser (MIL)" du Laboratoire CIMAP, est sur le point de devenir un des candidats les plus sérieux. Ce matériau sous forme monocristalline, dopé par l'ion trivalent ytterbium (Yb3+) présente, en effet, des propriétés remarquables : de larges bandes d'absorption et d'émission, un temps de vie radiatif élevé, de bonnes sections efficaces de transition et d'excellentes propriétés thermo-mécaniques.

09 novembre 2009
Emmanuel Betranhandy, Nathalie Vast and Jelena Sjakste

Les propriétés mécaniques du carbure de bore à haute pression, expliqués à partir des premiers principes.

Par des méthodes théoriques basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT et DFPT) [1] [2], les propriétés physiques du carbure de bore ont été étudiées pour différentes teneurs en carbone, en fonction de la température et de la pression. Les calculs ont permis d'identifier un type de défaut, dont l'apparition à haute pression et haute température, permet d'expliquer la mauvaise tenue mécanique de ce matériau sous choc. Ces résultats indiquent la voie pour synthétiser un matériau combinant supraconductivité et bonne tenue mécanique à haute pression.

06 juillet 2009
Contact CEA : Hamed Merdji

Pour obtenir une image d'un objet, il suffit usuellement de l'éclairer et d'enregistrer la lumière diffusée qui parvient à un détecteur. Si l'image est formée à l'aide d'un objectif, l'optique utilisée impose de nombreuses limitations (résolution, aberrations...). Pour atteindre les résolutions ultimes : spatialement (fonction de la longueur d'onde du rayonnement utilisée) et temporellement (fonction de la durée du "flash"), une technique possible, sans optique, est la diffraction cohérente. En utilisant un faisceau cohérent comme celui d'un laser, on observe en effet une modulation du signal liée aux interférences, permettant de reconstruire numériquement l'image exacte de l'objet avec une précision inégalée. Pour atteindre des résolutions nanométriques voire atomique, on cherche donc à éclairer et enregistrer l'image avec un faisceau de rayons X cohérent (rayonnement laser de longueur d'onde nanométrique). Le faible éclairement moyen demande usuellement de longues accumulations sur plusieurs tirs lasers. Des progrès récents ont permis d'obtenir des images avec un seul tir femtoseconde (10-15 s) issu d'un laser de laboratoire, ouvrant la voie à des études résolues en temps.

Pour des arrangements réguliers d'objets élémentaires, la diffraction de Bragg dans le domaine X est une technique très puissante de caractérisation de la matière à l'échelle atomique. Elle constitue le principal outil de la cristallographie. L'information contenue dans la diffraction de Bragg est riche : si a est la taille caractéristique de l'objet élémentaire, alors les pics de Bragg sont distants de 1/a dans l'espace réciproque. Une partie de l'information est cependant perdue : en effet, la fréquence maximale à laquelle on peut échantillonner la figure de diffraction est inférieure à la fréquence de Nyquist (2a). En particulier, si l'objet élémentaire a une amplitude et une phase, la diffraction de Bragg ne permettra pas de déterminer la phase.

19 décembre 2009
F .Onufrieva , P. Pfeuty, Laboratoire Léon Brillouin

L’appariement supraconducteur et les anomalies électroniques induites par le mode collectif de spin dans les cuprates supraconducteurs à haute Tc

Découverte en 1986, la supraconductivité à haute température critique reste aujourd'hui une des grandes énigmes de la physique du solide et des matériaux. Plusieurs modèles théoriques s'affrontent, régulièrement confrontés aux résultats expérimentaux. Parmi les théories possibles, celles faisant intervenir le magnétisme dans le couplage des électrons pour former les paires supraconductrices sont aujourd'hui souvent retenues (au lieu du couplage entre électrons et phonons pour les supraconducteurs conventionnels relevant de la théorie BCS - J. Bardeen, L. Cooper et R. Schrieffer). En particulier, les excitations magnétiques sous la forme d'ondes de fluctuations de spin, observées expérimentalement dans certains supraconducteurs (cuprates supraconducteurs à haute Tc : YBa2Cu3O6+x, mais aussi les nouveaux supraconducteurs non conventionnels à base de fer et d'arsenic, Tc~40 K), pourraient être retenues, comme le montre la théorie développé ci-dessous.

17 novembre 2009

Fabriquer des mémoires numériques encore plus petites, et qui consomment encore moins d'énergie pour l'électronique nomade ? Des chercheurs du CNRS et de l'Université de Paris Sud XI (Laboratoire de physique des solides, CNRS/Univ. Paris-Sud 11 et Institut Néel) et du CEA-IRAMIS viennent d'en démontrer la faisabilité, grâce à une nouvelle classe de matériaux dit multiferroïques, alliant des propriétés électriques et magnétiques inhabituelles. 


Ce texte reprend le communiqué de presse commun CEA-CNRS-Univ. Paris XI

Dans une étude publiés dans Physical Review Letter, des chercheurs du Laboratoire de physique des solides (CNRS/Université Paris-Sud XI), de l'Institut Rayonnement-matière de Saclay (CEA Iramis) et de l'Institut Néel (CNRS) valident le concept du stockage de données et de leur écriture au moyen d'un champ électrique, une voie technologique avantageuse pour miniaturiser les mémoires.               

A l'échelle microscopique, atomes et molécules produisent des champs électriques et magnétiques. A notre échelle, dans la majorité des cristaux, les propriétés électriques et magnétiques des divers atomes se compensent et s'annulent mutuellement. Parfois ce n'est pas le cas, et pour certains composés, dits ferromagnétiques, les propriétés magnétiques subsistent à l'échelle macroscopique : ils peuvent ainsi servir d'aimant. Plus rarement, dans le cas des composés dits ferroélectriques, un ordre électrique existe à l'échelle macroscopique. Encore plus rarement, ordre électrique et magnétique subsistent de concert : c'est le cas des matériaux multiferroïques. De surcroît, dans ces matériaux, ordres électriques et magnétiques interagissent. Une telle interaction offre l'opportunité de contrôler les spins (les moments magnétiques des atomes) via un champ électrique, ce qui représente un enjeu considérable notamment pour le stockage de l'information.

30 septembre 2009
F. Mallet, F. Ong, A. Palacios, F. Nguyen, P. Bertet, Denis Vion and D. Esteve

 

Après la réalisation d'un des tous premiers qubits (état quantique qui représente la plus petite unité de stockage d'information quantique) en 2002, les chercheurs du groupe quantronique de l'IRAMIS-SPEC ont franchi un nouveau pas vers  la réalisation d'un processeur quantique simple : la lecture fiable et non destructive d'un qubit.
07 septembre 2009
D. Dulić, P. Lavie, S. Campidelli, A. Filoramo, collaboration : F. Pump et G. Cuniberti (Université de Dresde)

(french version English version)

 

Des chercheurs du Laboratoire d'Electronique Moléculaire (IRAMIS/SPEC) ont récemment publié un article intitulé "Controlled Stability of Molecular Junctions" dans la prestigieuse revue internationale Angewandte Chemie. Ce travail réalisé en collaboration avec le groupe du Prof. Gianaurelio Cuniberti de l'Université de Dresde porte sur l'influence des interfaces de contacts sur le transport à travers des molécules uniques grâce à la technique dite de jonction à cassure.
09 juin 2009

(french version English version)

On pensait bien connaitre la physique des transistors, et en particulier celle de ceux qui peuplent par millions le cœur de nos ordinateurs, les MOSFETs au Silicium (Metal Oxyde Semi-conducteur Field Effect Transistor). Or, dès 1994 une nouvelle génération de MOSFETs à très haute mobilité a permis de réaliser des expériences où la densité électronique était extrêmement basse (Kravchenko et al 1994). Les expériences menées dans ces « transistors extrêmes » ont montré un comportement tout à fait spectaculaire : à basse température ils se comportent comme des métaux au lieu de l’isolant attendu. (Au lieu de diverger, la résistivité décroit d’un ordre de grandeur dans une fenêtre de température assez étroite).

Pas de métaux  à 2 dimensions.

Pour comprendre l’émoi que ces résultats expérimentaux ont suscité dans la communauté, il faut remonter au célèbre article sur la localisation  pour lequel P.W. Anderson a obtenu son prix Nobel en 1977 (voir article : Anderson 1958). Anderson y étudie l’effet d’un faible désordre dans les métaux et conclut qu’à très basse température (i.e. pour un système  quantiquement cohérent) les interférences multiples générées par ce désordre provoquaient une localisation des fonctions d’onde du métal, le rendant ainsi isolant. L’effet est particulièrement fort à une et deux dimensions (comme dans nos MOSFETs) où il était prédit qu’un petit désordre, même arbitrairement faible, suffisait à rendre le système isolant. Pendant deux décennies, la communauté a vérifié à la fois expérimentalement et théoriquement ce paradigme : pas de métaux à deux dimensions. En particulier le SPEC, à travers notamment les travaux de M. Sanquer et de J-L Pichard, a fortement contribué à l’étude de la localisation.

Le suspect idéal, les corrélations électroniques.  Les expériences de Kravchenko, reproduites ensuite dans divers groupes expérimentaux (au SPEC également, dans le groupe de D. L’Hôte) ont ainsi été à l’origine d’une petite révolution dans la communauté du transport quantique. Les modèles et mécanismes affluèrent de toutes parts pour tenter de résoudre le fâcheux différent entre la théorie et les mesures expérimentales qui persistaient à montrer un comportement métallique. Les uns cherchaient des artefacts expérimentaux tandis que les autres proposaient des modèles plus ou moins farfelus ou ad hoc. Sur un seul point un consensus émergeait : à très basse densité, les corrélations électron-électron introduites par la répulsion Coulombienne prennent une importance considérable. Or ces corrélations résistent à la plupart des approches théoriques.

Localisation et Corrélations.

Dans le cadre de la thèse de Geneviève Fleury, nous avons développé une approche numérique, alliant Monte-Carlo quantique pour traiter le problème quantique à N corps et théorie d’échelle pour extraire la limite thermodynamique. Cette approche nous a permis, pour la première fois, d’étudier le problème couplé de la localisation d’Anderson en présence de corrélations fortes. Le diagramme de phase obtenu  (voir figure) montre bien la « phase »métallique dans la région expérimentale où elle a été observée, et ce, ab initio (i.e. sans paramètre ajustable). Le scénario qui se dégage de nos calculs est en demi-teinte : d’un coté les corrélations sont bien à l’origine des observations expérimentales – une physique nouvelle émerge des corrélations. De l’autre le système reste un isolant au sens thermodynamique du terme. Autrement dit,  nous prédisons qu’à plus basse température la résistivité doit diverger en accord avec le paradigme d’Anderson.

 

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