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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants 2020

17 mars 2020

Les faisceaux d'ions focalisés (FIB, 1 à 50 keV) sont largement utilisés pour façonner les semi-conducteurs pour la réalisation de dispositifs électroniques. Les faisceaux d'ions énergétiques apportent d'autres possibilités : l'irradiation par des ions de faible énergie pulvérise en surface, ils peuvent également être utilisé pour de l’implantation (dopage ou procédé de smart-cut). Les ions d'énergie intermédiaire (~ 50-500 keV) induisent des déplacements d'atomes en volume (pouvoir d'arrêt nucléaire) et à haute énergie (~ 30 MeV) on observe la formation par perte d'énergie électronique, de traces latentes, de désordre et d'éventuelles transitions de phase,

Dans la présente étude, les chercheurs du CIMAP, en collaboration avec DEN/DMN/SRMP et l'IJCLab d’Orsay ont étudié, sur l'installation JANNuS, les effets couplés sur le silicium d'une double irradiation à basse et haute énergie. Il est ainsi montré que le degré et la profondeur d'amorphisation dépendent fortement du rapport d'intensité des 2 types de faisceau d'ions : l'énergie déposée sous forme d'excitation électronique permet de réduire fortement les dommages dus aux collisions balistiques, à condition que le flux du faisceau d'ions à haute vitesse soit suffisamment élevé par rapport à celui des ions de basse vitesse. Le procédé permet ainsi de moduler la cristallinité du silicium sur des épaisseurs contrôlées.

28 avril 2020

Le phosphore noir (Black phosphorus : BP) est constitué d'un empilement de couches monoatomiques de phosphore, liées entre elles uniquement par des forces de Van der Waals. Ce matériau 2d suscite actuellement un grand intérêt en raison de sa bande interdite largement accordable en fonction de l'épaisseur du matériau, de la très grande mobilité de ses porteurs, pour son application dans les transistors à effet de champ (FET), et l'émergence possible d'états topologiquement protégés. Il a été démontré qu'une action électrostatique ou l'évaporation de métaux alcalins, donneurs d'électrons, peuvent être utilisés avec succès pour doper le BP et passer d'une phase semi-conductrice à une phase semi-métallique avec des canaux de transport en cône de Dirac (relation de dispersion linéaire).

Les expérimentateurs et théoriciens du Laboratoire de Solides Irradiés (LSI) ont ainsi étudié les états électroniques excités du phosphore noir après le dépôt par évaporation d'une dose croissante d'atomes alcalins. Le dispositif expérimental FemtoARPES* (photoémission résolue en angle) du LSI a été utilisé pour suivre la fermeture de la bande interdite avec une précision inégalée. Cette ingénierie de la structure de bande permet de concevoir des dispositifs dotés de fonctionnalités électroniques et optoélectroniques améliorées et optimisées.

 

14 avril 2020

Les études sur l'influence de rayonnements de toutes natures sur la matière biologique ont des enjeux à la fois pour la protection de la santé et pour les moyens thérapeutiques qu'elles peuvent offrir. Radiobiologie (effets de particules ionisantes) et photobiologie (effets de la lumière) contribuent chacun dans leur domaine.

Par une expérience originale combinant faisceaux d'électrons et de lumière une collaboration de l'Université Paris-Saclay, impliquant le LIDYL et le NIMBE, associée à la start up ITeox, montre que les effets des deux types de faisceau présente des similarités, en particulier dans la formation d’états excités de l'ADN, et des différences dans la nature des états excités formés qu'il faudra  explorer.

19 février 2020

Dans les cellules photovoltaïques, l'absorption d'un photon par un matériau semi-conducteur crée une paire électron-trou (appelée exciton), résultant de l’excitation d’un électron de la bande de valence vers la bande de conduction. Si l'énergie du photon absorbé est supérieure à celle de la bande interdite du semi-conducteur, la paire électron-trou formée possède un excès d’énergie qui sera rapidement dissipé, typiquement sous forme de chaleur (relaxation aux bords de bande). Extraire les porteurs de charge "chauds" (c.à.d. avant leur relaxation) pourrait permettre de doubler l’efficacité des dispositifs photovoltaïques.

Dans les dispositifs lumineux tels que les LEDs ou lasers, une relaxation rapide des porteurs chauds est plutôt recherchée. Il est ainsi important de comprendre les mécanismes de relaxation électronique.

Pour toutes ces applications, les matériaux pérovskites halogénées présentent des propriétés optiques et électroniques particulièrement intéressantes. Ces propriétés ont récemment été aussi étudiées dans le cas de nanostructures, où les effets de confinement modifient de manière radicale la structure électronique du matériau, ce qui doit influer sur les taux de relaxation. Dans l’équipe DICO du LIDYL, le rôle du confinement quantique sur la relaxation a été exploré par une expérience de spectroscopie optique  femtoseconde (1 fs = 10-15 s) : dans des nano-plaquettes de pérovskite de quelques monocouches d’épaisseur, il est montré que le temps de relaxation reste très court (quelques centaines de fs).  Alors que l'écartement des niveaux électroniques induit par la nanostructuration devrait atténuer la principale source de dissipation via le couplage avec les phonons, ces résultats mettent en évidence qu'un autre chemin de relaxation particulièrement efficace en confinement fort existe et qui semble liée aux ligands en surface de ces nanostructures colloïdales.

15 avril 2020

La recherche de nouveaux états de la matière, allant au-delà de la description classique "à la Landau" suscite un très fort engouement en physique. Dans cette perspective, les travaux théoriques orientent ces recherches vers les systèmes présentant des "ordres topologiques", tels que certains "liquides de spin quantiques" et autres états fortement corrélés, caractérisés en particulier par l’absence de symétrie brisée.

Sur le plan expérimental, c’est la recherche d’une contrepartie quantique des "glaces de spins" qui a retenu l’attention. Ces composés forment un analogue magnétique de la glace d’eau, où le comportement des spins reflète exactement celui du désordre des protons dans H2O.

Une équipe internationale formée de chercheurs du PSI (Suisse), du Stanford Institute for Materials and Energy Science (USA), de l’Institut Néel à Grenoble et du LLB à Saclay a mis en évidence par diverses techniques, dont la diffusion des neutrons, un exemple de cette contrepartie quantique des glaces de spin. Plus précisément, il s’agit d’un état "glacé" particulier, où la distribution octupolaire de la densité électronique joue le rôle des moments magnétiques dans les glaces de spins classiques. L’étude des interactions montre que l’état fondamental est constitué d’une superposition quantique d’états intriqués, confirmant ainsi les prédictions théoriques sur les liquides de spins quantiques.

13 mars 2020

Les matériaux composites, dont on peut faire judicieusement varier la composition, permettent de combiner les propriétés de ses constituants. Ainsi, l’ajout de matériaux inorganiques (ou charge) dans une matrice polymère permet d’améliorer les propriétés d’usage de ces matériaux, telles que leurs propriétés mécaniques, électriques ou optiques, et aussi d'alléger le matériau ou d'en diminuer le coût.

Dans l’industrie du pneumatique, et en particulier dans la formulation des bandes de roulement, on utilise ainsi des matrices élastomères que l'on renforce par des particules de silice. L'étude réalisée au LLB, en collaboration avec Michelin, montrent qu'il est possible de jouer sur les effets d'entropie de mélange et la balance des contributions entropique/enthalpique des interactions, pour piloter la dispersion des particules dans la matrice et contrôler les propriétés macroscopiques des matériaux.

 

11 février 2020

Les progrès continus dans l'exploration du magnétisme permettent de proposer de nouveaux dispositifs pour le traitement, le transfert ou le stockage de l'information.

Les matériaux antiferromagnétiques et multiferroïques présentent une structure en domaines ferroélectriques. La présente étude montre que la perte locale de symétrie au niveau des parois séparant ces domaines permet l'émergence d'embryons de skyrmions antiferromagnétiques, vortex local de spin chiral (avec un enroulement droite ou gauche des spins) de très petite taille.

L’étude montre ainsi toute la richesse des parois multiferroïques, pour un nouveau pas vers une spintronique topologique et antiferromagnétique, pouvant permettre de réaliser des dispositifs de traitement de l'information originaux et performants : la mémorisation de la valeur d'un bit sur un skyrmion permettrait le stockage magnétique de l'information avec une très haute densité.

 

14 avril 2020

Les études sur l'influence de rayonnements de toutes natures sur la matière biologique ont des enjeux à la fois pour la protection de la santé et pour les moyens thérapeutiques qu'elles peuvent offrir. Radiobiologie (effets de particules ionisantes) et photobiologie (effets de la lumière) contribuent chacun dans leur domaine.

Par une expérience originale combinant faisceaux d'électrons et de lumière une collaboration de l'Université Paris-Saclay, impliquant le LIDYL et le NIMBE, associée à la start up ITeox, montre que les effets des deux types de faisceau présente des similarités, en particulier dans la formation d’états excités de l'ADN, et des différences dans la nature des états excités formés qu'il faudra  explorer.

 

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