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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants 2010

20 décembre 2010

Si la théorie quantique de la supraconductivité à basse température est aujourd'hui bien établie, une collaboration entre l'IRAMIS/SPEC, du Laboratoire P. Aigrain, du PLS d'Orsay et du DFTMC de l'Université de Madrid, vient de conforter le cadre théorique de la supraconductivité à l'échelle mésoscopique par la première observation directe des "états liés d'Andreev". Ces états sont des états de paires électroniques, similaires aux paires d'électrons de Cooper des supraconducteurs, qui apparaissent au sein d'une nanostructure métallique non supraconductrice, insérée dans un circuit supraconducteur. Du fait des réflexions (dites d'Andreev) aux interfaces et de la taille finie de la nanostructure, ils présentent des énergies bien définies sous forme de résonances dans la densité d'états électroniques, qui viennent d'être observées. Ce résultat permet de mieux comprendre une grande classe d'hétérostructures supraconductrices, dont certaines sont déjà utilisées comme dispositifs pour la nanoélectronique.

24 novembre 2010
C. Hrelescu, T. K. Sau, A. L. Rogach, F. Jäckel, G. Laurent, L. Douillard et F. Charra

En optique, les lois de la diffraction imposent une échelle spatiale de l'ordre de la longueur d'onde. Ainsi, sous excitation optique dans le domaine visible (longueur d'onde d'une fraction de µm), les objets métalliques de dimensions nanométriques sont usuellement considérés comme uniformément éclairés. Les expériences réalisées au SPCSI montrent que les nano-objets ont une signature spatiale et spectrale différente selon qu'ils sont observés en champ lointain (tel que nous les voyons avec nos yeux au microscope optique) ou en champ proche (en observant les mêmes objets en microscopie d'électrons de photoémission, PEEM). Ce résultat très fondamental est aussi une importante contribution à une meilleure maitrise de la "plasmonique" et de la "microscopie en champ proche", qui ouvre la voie vers la réalisation d'une optique intégrée à l'échelle nanométrique, couplant signaux optiques et électriques (opto-électronique).

16 novembre 2010

Une partie de l’activité du groupe est centrée sur l’élaboration et l’étude physico-chimique de matériaux massifs à l’état solide, monocristaux ou céramiques, principalement des oxydes ou des pnictures. Nous consacrons nos recherches à des matériaux aux propriétés remarquables notamment les supraconducteurs à haute température critique, les oxydes multiferroïques et magnéto-électriques.

Différentes voies d’élaboration sont utilisées en fonction du type d’échantillon recherché : La technique de réaction à l’état solide d’oxydes ou de carbonates à haute température (800°C-1500°C) permet la synthèse d’échantillons polycristallins. Le frittage consiste à recuire ces échantillons préalablement compactés, en dessous de leur point de fusion, améliorant ainsi leur densité en fonction de leur degré de compactage.

L’élaboration de monocristaux s’effectue à l’aide d’une technique de croissance en flux qui permet la cristallisation de tels oxydes à partir d’une phase liquide dont la température est inférieure au point de fusion ou à la température de décomposition du matériau.

L’étude par diffraction des rayons X des matériaux élaborés va ensuite permettre de vérifier l’organisation cristalline, l’éventuelle présence de phases parasites et d’optimiser les paramètres de synthèse (température, durées, vitesse de refroidissement).

Les propriétés physiques (magnétiques et transport) des matériaux sont mesurées par les physiciens du groupe mais nous collaborons également avec des laboratoires extérieurs.

Cette forte interaction entre chimistes et  physiciens est un atout pour l’optimisation des échantillons, elle nous permet d’élaborer des matériaux homogènes à haut degré de pureté.

11 novembre 2010
Y. Li1, V. Balédent2, G. Yu3, N. Barišić1, K. Hradil3, R.A. Mole3, Y. Sidis2, P. Steffens4, X. Zhao1, P. Bourges2, M. Greven1

1 Department of Physics, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
2 Laboratoire Léon Brillouin (LLB), CEA-CNRS, CEA Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
3 Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM-II), TU München, D-85747 Garching,   Germany
4 Institut Laue Langevin (ILL), 38042 Grenoble CEDEX 9, France

Pour les physiciens de la matière condensée, comprendre l’origine de la supraconductivité à haute température critique (Tc), telle qu'elle est observée dans les oxydes de cuivre, demeure un défi majeur en ce début de XXIème siècle. Diverses hypothèses sont proposées et testées, mais après avoir montré l’émergence d’un ordre magnétique dans la phase dite de "pseudo-gap" (phase électronique adjacente à la phase supraconductrice), les dernières expériences, réalisées par des chercheurs de l'IRAMIS/LLB par diffusion de neutrons polarisés, révèlent le spectre des excitations magnétiques associé à cet ordre. Ce résultat conforte l'hypothèse d'une origine magnétique au couplage entre électrons à l'origine de la supraconductivité à haut Tc.


12 octobre 2010
Contacts IRAMIS/CIMAP : Philippe Boduch, Alicja Domaracka et Hermann Rothard.
Des premières expériences d'irradiation de glaces ternaires (H2O-CO-NH3) par des ions lourds conduites au GANIL par les chercheurs de l'IRAMIS/CIMAP ont permis de mettre en évidence la formation de molécules complexes pré-biotiques. Certaines hypothèses sur l'origine de la vie sur Terre proposent une origine extra-terrestre des briques élémentaires nécessaires à la vie. Les glaces cométaires ou entourant les grains de poussières des nuages denses interstellaires pourraient être ainsi le berceau de la formation de ces molécules prébiotiques. Le résultat obtenu montre que l'irradiation constante subie par ces glaces normalement inertes car très froides, permet la formation de ces molécules complexes.
27 septembre 2010
B. Kundys, M. Viret, D. Colson (IRAMIS/SPEC) et D. O. Kundys

 

Les chercheurs de l'IRAMIS/SPEC viennent de montrer qu'en plus du couplage entre polarisation électrique, magnétisme et distorsion du réseau cristallin, l'oxyde BiFeO3 présente un couplage entre éclairement et déformation. Du fait de ces couplages, ce type de matériaux "multifonctionnels" offre la possibilité de commuter, sous l'action d'un signal externe d'une nature donnée (éclairement, contrainte, champ magnétique ou électrique externe), une propriété du matériau de nature différente (aimantation, polarisation électrique, déformation…). La possibilité d'observer l'ensemble de ces couplages (photostriction, électromagnétisme, électrostriction …) dans un même matériau, ouvre la voie à la conception d'une très grande variété de capteurs avec un extraordinaire potentiel applicatif.

20 septembre 2010

Par comparaison avec des données expérimentales, spécifiquement obtenues dans ce but à l'IRAMIS/SPAM, il est possible de sélectionner la meilleure méthode ab initio, permettant de fixer les paramètres de modèles dits de "champ de force", pour reproduire fidèlement la structure d'assemblées d'atomes aussi complexe que celles constituant les protéines (macromolécule constituée d'acides aminés) ou les peptides (petits polymères d'acides aminés, n<50).

01 septembre 2010
J. Vidal, S. Botti, P. Olsson, J.-F. Guillemoles et L. Reining
Les cellules photovoltaïques élaborées à partir de couches minces atteignent aujourd'hui des performances à même de concurrencer les cellules à base de silicium les plus performantes (~ 20 %). La technologie couche mince la plus prometteuse repose sur le composé CuIn(S,Se)2 qui se révèle être un excellent absorbeur de lumière. Malgré les nombreuses études théoriques et expérimentales menées sur ce composé, l'origine de son efficacité restait encore un mystère. Par des simulations ab-initio, une équipe du LSI, en partenariat avec le CNRS et EDF, lève le voile sur un mécanisme complexe permettant d'expliquer le rendement remarquable de ces cellules.
03 juillet 2010

Contact : P. Viel

L'étude de molécules complexes ou de matériaux biologiques individuels nécessite de  savoir immobiliser ces objets sans altérer leurs fonctions actives. A l'image des bandes de papier tue-mouches ou plus précisément comme un scotch double face d'épaisseur moléculaire, le LCSI a développé des surfaces possédant des propriétés auto-adhésives capables de "coller" un grand nombre de matériaux organiques, minéraux et même biologiques. La fonctionnalisation de la surface du substrat est obtenue par le greffage pérenne de monocouches moléculaires robustes.

[1].
14 juin 2010
C. Bartolacci1, M. Laroche1, H. Gilles1, S. Girard1, T. Robin2, B. Cadier2 et A. Buisson3

1Equipe Lasers, Instrumentation Optique et Applications (LIOA), CIMAP / ENSICAEN, 6 BLVD Maréchal Juin, 14050  Caen  cedex,

2 iXFiber,  rue Paul Sabatier,  22300  Lannion  ixfiber

3 Laboratoire CI-NAPS, Centre CYCERON, Boulevard Becquerel, 14052 Caen cedex

01 juin 2010

(french version English version)

Les expériences de violation d'une inégalité de Bell avec deux objets séparés dans l'espace sont considérées comme la meilleure preuve de la nature intrinsèquement quantique du monde : les états des deux objets peuvent être si intimement liés (les physiciens disent "intriqués") que parler de l'état de chacun d'eux n'a plus de sens, même lorsqu'ils sont très éloignés l'un de l'autre.

24 mai 2010
P. Simon, B. Pignon, B. Miao, S. Coste, B. Bouchet-Fabre, P. Jegou, S. Marguet, Y. Leconte, C. Reynaud, N. Herlin-Boime

L'efficacité des crèmes solaires est principalement due aux propriétés d'absorption de la lumière de fines particules de TiO2 entrant dans leur composition. Ces particules possèdent aussi par ailleurs des propriétés photo-catalytiques utiles. Par un procédé original de synthèse laser, suivi d'un recuit, un nouveau composé TiO est obtenu qui a comme première propriété intéressante de décaler le seuil d'absorption de la lumière dans le domaine visible. Ceci pourrait permettre de renforcer la protection des crèmes solaires et ouvre la voie à de nombreuses autres applications potentielles.

 

03 mai 2010

Contacts : N. Fedorov1 and S. Guizard1, A.Vasil'ev2 and A.Belsky3, M.Kirm4, V.Nagirny4 and E.Feldbach4


 

Pour caractériser un flux de rayonnement ou de particules (électrons, rayons g, photons X ou UV) les détecteurs à scintillation utilisent un matériau émettant une quantité de lumière proportionnelle à l'énergie apportée par la particule incidente. Le processus de scintillation est ainsi au cœur de la métrologie des rayonnements ionisants, en particulier en physique et médecine nucléaire, radiocristallographie ou analyse par fluorescence X. Les expériences récentes de l'équipe du LSI permettent de mieux comprendre les processus élémentaires d'excitation électronique en jeu et d'expliquer les mécanismes physiques à l'origine de la réponse non linéaire des matériaux scintillateurs, source d'imprécision de la mesure, qu'il devient possible de corriger. 

Une des qualités principales que l'on attend des matériaux scintillateurs est leur capacité à délivrer un signal de luminescence proportionnel au flux et à l'énergie des particules incidentes. Dans certaines situations, cette réponse n'est pas proportionnelle : on parle d'effets de saturation ou de "quenching" de la luminescence.

Une autre observation est la forte variabilité de la constante de temps de déclin de la luminescence suivant le type de particule ou de rayonnement incident (électrons, rayons g, photons X ou UV) : dans le cas du Cadmium tungstate (CdWO4) considéré dans notre étude, les valeurs observées s'étendent de 800 ns à 15 µs. Le but de notre étude sur les matériaux scintillateurs est de comprendre l'origine physique de la réponse non linéaire, et de la variabilité des constantes de temps.

22 avril 2010
C. Villiers, J.-P. Dognon, R. Pollet, P. Thuéry, M. Ephritikhine

 

Fabriquer du plastique sans pétrole et à partir du CO2 ? Des recettes sont connues depuis longtemps, mais les détails des processus réactionnels restaient encore mystérieux. Les chercheurs du SIS2M viennent d'identifier un composé intermédiaire dont la structure et la répartition des charges (zwitterion) permet d'expliquer la réaction entre une amine (guanidine) et le CO2, conduisant à la formation d'uréthane, qui par polymérisation conduit au polyuréthane, plastique souple remplaçant usuellement le caoutchouc.

 

La fabrication du "plastique" est aujourd'hui essentiellement basée sur l'utilisation de dérivés du pétrole dont la consommation doit être maîtrisée. D'autres voies de synthèse en particulier par activation et transformation du dioxyde de carbone, matière première abondante et bon marché, existent depuis longtemps, mais leur principe reste mal connu. La compréhension de ces réactions de synthèse est donc restée un défi et devient une priorité majeure pour la communauté scientifique. La molécule de CO2 est réputée très stable, à la fois thermodynamiquement et cinétiquement, mais ses réactions avec les amines* primaires ou secondaires  ont fait l'objet de nombreuses études, depuis la synthèse de l'urée ou la production industrielle de carbamates (composés R-HN-(C=O)O-R'), employés en grande échelle comme pesticides, jusqu'à l'utilisation de composés aminés pour le piégeage du CO2. Les amines peuvent également jouer le rôle de catalyseurs dans certaines réactions telles que la préparation de carbonates organiques (CO32-), substituts du phosgène dans la synthèse de polycarbonates (plastique dur) et polyuréthanes.


*amines : composés organiques dérivés de l'ammoniac NH3 (primaire, secondaire  : substitution d'1 ou 2 H par un groupe carboné).

13 avril 2010
J. Deschampsab, F. Audonnetac, N. Brodie-Linderad, M. Schoeffela et C. Alba-Simionescoac

Quelle est la plus basse température à laquelle l'eau peut rester liquide ?

La surfusion de l'eau est un phénomène bien connu et des records de température ont été atteint (~ 235 K = -40 °c) par cette voie. Un autre moyen pour maintenir de l'eau liquide à des températures négatives consiste à confiner le liquide dans une structure nanométrique de matériaux poreux. A cette échelle, du fait du volume limité, les effets de surface-interface deviennent importants et une température record de 206 K (pour un diamètre de pore de 2.3 nm) a pu être atteinte !

 

30 mars 2010

(french version English version)

Les chercheurs du Groupe Instabilités et Turbulence de l'IRAMIS-SPEC ont montré expérimentalement que la transition de blocage de matériaux granulaires amorphes, qui se traduit par l'apparition d'une rigidité globale, se manifeste par la croissance d'une longueur de corrélation présentant un caractère critique.

(figure de titre : Champ de déplacement au voisinage d'un intrus tiré dans un milieu granulaire dense)

 

                 

fig_0001

Illustration 1: Schéma de l'expérience. Une particule intruse est tirée à force constante parmi les autres grains.

 

Illustration 2: Diagramme d'état, dans lequel deux transitions apparaissent : la transition de fluidification (courbe) et la transition de Jamming (vertical)

 

Vous avez un grain? Ils en ont des milliers ! Dans cette expérience du Groupe Instabilités et Turbulences, une assemblée amorphe de grains en 2D est compressée dans une cellule sous vibration horizontale (voir illustration 1) jusqu'à atteindre les états les plus denses possible : une transition apparaît alors, dite transition de blocage (Jamming) [1,2], donnant une rigidité globale au matériau par percolation dynamique des chaines de force.

Les caractéristiques fines de cette transition ont été étudiées au cours de la thèse de Raphaël Candelier au moyen d'une particule « intrus » tirée à force constante dans le milieu. Un diagramme de phase a été dressé, qui met en évidence la présence d'une ligne de fluidification, au dessus de la quelle l'intrus avance sans s'arrêter (comme dans un liquide visqueux) et en dessous de laquelle l'intrus adopte un mouvement intermittent, l'intensité des fluctuations se renforçant au voisinage de la transition de Jamming.

Sous la ligne de fluidification, la réponse à cette perturbation fortement non-linéaire présente une intermittence spatio-temporelle illustrée dans une vidéo :  Voir la vidéo

Les images brutes des grains sont représentées dans la partie inférieure, tandis que la partie supérieure montre ces grains après traitement d'image, la couleur codant leur vitesse instantanée. Il apparaît clairement dans cette configuration - très proche de la transition - que le matériau « hésite » entre un état très rigide et un état très fluide. Les réorganisations à longue protée que l'on peut apercevoir dénotent le caractère critique de cette transition qui a été mis en évidence quantitativement par une analyse du type « crackling noise » révélant des lois d'échelles.

Cette phénoménologie, explorée ici expérimentalement par un procédé original, est décrite dans deux publications récentes [3,4].

 

16 mars 2010
J. Scheibert, C. Guerra, F. Célarié, D. Dalmas and D. Bonamy

Du point de vue de leur comportement à la rupture, les matériaux sont traditionnellement regroupés en trois grandes classes :

  • (i) les matériaux ductiles qui, comme les métaux, se déforment de manière plastique avant leur rupture
  • (ii) les matériaux quasi-fragiles, tels que les roches ou les bétons, où la fracture débute par un endommagement sous forme de microfissures, dont la coalescence amène à la rupture brutale.
  • (iii) les matériaux fragiles, verres polymériques ou verres d'oxyde..., qui se déforment de manière parfaitement élastique avant la fracture, qui se produit par rupture successives des liaisons atomiques en pointe de fissure.

Les expériences réalisées à l'IRAMIS-SPCSI montrent qu'un même matériau peut, en fonction de la vitesse de fissuration, appartenir à deux de ces catégories : il est observé que le Plexiglas®, archétype des matériaux fragiles, s'endommage au delà d'une vitesse limite bien définie, par nucléation de microfissures, comme les matériaux quasi-fragiles.


04 mars 2010
D. S. Inosov1, J. T. Park1, P. Bourges2, D. L. Sun1, Y. Sidis2, A. Schneidewind3,4, K. Hradil4,5, D.Haug1, C. T. Lin1, B. Keimer1, and V. Hinkov

1 Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstraße 1, 70569 Stuttgart, Germany
2 Laboratoire Léon Brillouin, CEA-CNRS, CEA Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
3 Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM-II), TU München, D-85747 Garching, Germany

A la grande surprise de la communauté scientifique, une supraconductivité à haute température critique (Tc > 50K) a été découverte en mars 2008 dans des composés à base de fer [1]. En effet, le fer magnétique était plutôt considéré comme antagoniste de la supraconductivité. De plus, c'est la première fois qu'on atteint une température critique si élevée sans cuivre. Comme les oxydes de cuivres supraconducteurs, ces nouveaux supraconducteurs présentent une structure lamellaire avec des couches de fer et de pnictures (composés à base de As, P... , éléments de la 15ème colonne de la table de Mendeleïev) entre lesquelles s'intercalent des plans "réservoirs de charges" (voir la figure). Ces matériaux présentent aussi un diagramme de phase proche de celui des cuprates, avec en fonction du dopage une phase antiferromagnétique contiguë à la phase supraconductrice [2].

15 février 2010
Les chimistes de la DSV (CEA-Direction des Sciences du vivant) et les physiciens de la DSM (CEA-Direction des sciences de la matière) spécialistes de la Résonance magnétique nucléaire (RMN) ont développé une technique en RMN du solide pour mesurer de grandes distances entre atomes. Basée sur l'utilisation d'un isotope de l'hydrogène ayant une grande sensibilité RMN, cette technique permet la détermination de la conformation de petites molécules liées à leurs récepteurs biologiques. Cette détermination est essentielle pour comprendre le mode d'action de ces molécules et pour concevoir de nouveaux médicaments de structure plus simple, et donc plus faciles à synthétiser.
11 février 2010
S. Haessler, J. Caillat, W. Boutu, C. Giovanetti-Teixeira, T. Ruchon, T. Auguste, Z. Diveki, P. Breger, A. Maquet, B. Carré, R. Taïeb & P. Salières,
Visualiser le mouvement des électrons dans la matière demande d'avoir simultanément une résolution spatiale de l'ordre du dixième de nanomètre et une résolution temporelle à l'échelle attoseconde (1 as = 10-18 s). L'imagerie d'orbitale utilisant la "capture d'image" ultra-rapide par émission attoseconde en champ laser intense ouvre une voie vers cet objectif très ambitieux. Les chercheurs d'une collaboration entre l'IRAMIS-SPAMle LCPMR de l'Univ. Paris 6 et du CNRS (UMR 7614) démontrent, par une série d'expériences réalisées au CEA-Saclay, la possibilité de cette imagerie "subnanomètre-attoseconde" dans le cas de la molécule d'azote N2.
13 janvier 2010
Des équipes de l'iBiTec-S, en collaboration avec une équipe de l'IRAMIS, ont mis au point une méthode de marquage au carbone 14 de nanotubes de carbone permettant de suivre et d'étudier leur devenir in vivo.

 

13 janvier 2010
P. Maillet*, C. Levard**, E. Larquet§, C. Mariet,* O. Spalla*, N. Menguy§, A. Masion**, E. Doelsch, J. Rose** et Antoine Thill*

Les Imogolites (OH)3Al2O3Si(OH) sont des minéraux naturels découvert en 1962 dans des sols  volcaniques japonais. Leur structure est analogue à celle d'un nanotube de carbone. Elles sont formées  d'un feuillet de Gibbsite Al(OH)3 refermé sur lui-même, formant un nanotube de 2 nm de diamètre. Ce sont des tétraèdres de Silicium, adsorbés à l'intérieur du nanotube, qui lui confèrent sa courbure. Les applications de tels minéraux se sont peu développées du fait de la difficulté de les synthétiser en grande quantité. Cet obstacle vient d'être levé par une nouvelle voie de synthèse, qu'il faut maintenant mieux comprendre et maîtriser.

12 octobre 2010
Contacts IRAMIS/CIMAP : Philippe Boduch, Alicja Domaracka et Hermann Rothard.
Des premières expériences d'irradiation de glaces ternaires (H2O-CO-NH3) par des ions lourds conduites au GANIL par les chercheurs de l'IRAMIS/CIMAP ont permis de mettre en évidence la formation de molécules complexes pré-biotiques. Certaines hypothèses sur l'origine de la vie sur Terre proposent une origine extra-terrestre des briques élémentaires nécessaires à la vie. Les glaces cométaires ou entourant les grains de poussières des nuages denses interstellaires pourraient être ainsi le berceau de la formation de ces molécules prébiotiques. Le résultat obtenu montre que l'irradiation constante subie par ces glaces normalement inertes car très froides, permet la formation de ces molécules complexes.
14 juin 2010
C. Bartolacci1, M. Laroche1, H. Gilles1, S. Girard1, T. Robin2, B. Cadier2 et A. Buisson3

1Equipe Lasers, Instrumentation Optique et Applications (LIOA), CIMAP / ENSICAEN, 6 BLVD Maréchal Juin, 14050  Caen  cedex,

2 iXFiber,  rue Paul Sabatier,  22300  Lannion  ixfiber

3 Laboratoire CI-NAPS, Centre CYCERON, Boulevard Becquerel, 14052 Caen cedex

01 septembre 2010
J. Vidal, S. Botti, P. Olsson, J.-F. Guillemoles et L. Reining
Les cellules photovoltaïques élaborées à partir de couches minces atteignent aujourd'hui des performances à même de concurrencer les cellules à base de silicium les plus performantes (~ 20 %). La technologie couche mince la plus prometteuse repose sur le composé CuIn(S,Se)2 qui se révèle être un excellent absorbeur de lumière. Malgré les nombreuses études théoriques et expérimentales menées sur ce composé, l'origine de son efficacité restait encore un mystère. Par des simulations ab-initio, une équipe du LSI, en partenariat avec le CNRS et EDF, lève le voile sur un mécanisme complexe permettant d'expliquer le rendement remarquable de ces cellules.
03 mai 2010

Contacts : N. Fedorov1 and S. Guizard1, A.Vasil'ev2 and A.Belsky3, M.Kirm4, V.Nagirny4 and E.Feldbach4


 

Pour caractériser un flux de rayonnement ou de particules (électrons, rayons g, photons X ou UV) les détecteurs à scintillation utilisent un matériau émettant une quantité de lumière proportionnelle à l'énergie apportée par la particule incidente. Le processus de scintillation est ainsi au cœur de la métrologie des rayonnements ionisants, en particulier en physique et médecine nucléaire, radiocristallographie ou analyse par fluorescence X. Les expériences récentes de l'équipe du LSI permettent de mieux comprendre les processus élémentaires d'excitation électronique en jeu et d'expliquer les mécanismes physiques à l'origine de la réponse non linéaire des matériaux scintillateurs, source d'imprécision de la mesure, qu'il devient possible de corriger. 

Une des qualités principales que l'on attend des matériaux scintillateurs est leur capacité à délivrer un signal de luminescence proportionnel au flux et à l'énergie des particules incidentes. Dans certaines situations, cette réponse n'est pas proportionnelle : on parle d'effets de saturation ou de "quenching" de la luminescence.

Une autre observation est la forte variabilité de la constante de temps de déclin de la luminescence suivant le type de particule ou de rayonnement incident (électrons, rayons g, photons X ou UV) : dans le cas du Cadmium tungstate (CdWO4) considéré dans notre étude, les valeurs observées s'étendent de 800 ns à 15 µs. Le but de notre étude sur les matériaux scintillateurs est de comprendre l'origine physique de la réponse non linéaire, et de la variabilité des constantes de temps.

20 septembre 2010

Par comparaison avec des données expérimentales, spécifiquement obtenues dans ce but à l'IRAMIS/SPAM, il est possible de sélectionner la meilleure méthode ab initio, permettant de fixer les paramètres de modèles dits de "champ de force", pour reproduire fidèlement la structure d'assemblées d'atomes aussi complexe que celles constituant les protéines (macromolécule constituée d'acides aminés) ou les peptides (petits polymères d'acides aminés, n<50).

11 février 2010
S. Haessler, J. Caillat, W. Boutu, C. Giovanetti-Teixeira, T. Ruchon, T. Auguste, Z. Diveki, P. Breger, A. Maquet, B. Carré, R. Taïeb & P. Salières,
Visualiser le mouvement des électrons dans la matière demande d'avoir simultanément une résolution spatiale de l'ordre du dixième de nanomètre et une résolution temporelle à l'échelle attoseconde (1 as = 10-18 s). L'imagerie d'orbitale utilisant la "capture d'image" ultra-rapide par émission attoseconde en champ laser intense ouvre une voie vers cet objectif très ambitieux. Les chercheurs d'une collaboration entre l'IRAMIS-SPAMle LCPMR de l'Univ. Paris 6 et du CNRS (UMR 7614) démontrent, par une série d'expériences réalisées au CEA-Saclay, la possibilité de cette imagerie "subnanomètre-attoseconde" dans le cas de la molécule d'azote N2.

11 novembre 2010
Y. Li1, V. Balédent2, G. Yu3, N. Barišić1, K. Hradil3, R.A. Mole3, Y. Sidis2, P. Steffens4, X. Zhao1, P. Bourges2, M. Greven1

1 Department of Physics, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
2 Laboratoire Léon Brillouin (LLB), CEA-CNRS, CEA Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
3 Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM-II), TU München, D-85747 Garching,   Germany
4 Institut Laue Langevin (ILL), 38042 Grenoble CEDEX 9, France

Pour les physiciens de la matière condensée, comprendre l’origine de la supraconductivité à haute température critique (Tc), telle qu'elle est observée dans les oxydes de cuivre, demeure un défi majeur en ce début de XXIème siècle. Diverses hypothèses sont proposées et testées, mais après avoir montré l’émergence d’un ordre magnétique dans la phase dite de "pseudo-gap" (phase électronique adjacente à la phase supraconductrice), les dernières expériences, réalisées par des chercheurs de l'IRAMIS/LLB par diffusion de neutrons polarisés, révèlent le spectre des excitations magnétiques associé à cet ordre. Ce résultat conforte l'hypothèse d'une origine magnétique au couplage entre électrons à l'origine de la supraconductivité à haut Tc.


13 avril 2010
J. Deschampsab, F. Audonnetac, N. Brodie-Linderad, M. Schoeffela et C. Alba-Simionescoac

Quelle est la plus basse température à laquelle l'eau peut rester liquide ?

La surfusion de l'eau est un phénomène bien connu et des records de température ont été atteint (~ 235 K = -40 °c) par cette voie. Un autre moyen pour maintenir de l'eau liquide à des températures négatives consiste à confiner le liquide dans une structure nanométrique de matériaux poreux. A cette échelle, du fait du volume limité, les effets de surface-interface deviennent importants et une température record de 206 K (pour un diamètre de pore de 2.3 nm) a pu être atteinte !

 

04 mars 2010
D. S. Inosov1, J. T. Park1, P. Bourges2, D. L. Sun1, Y. Sidis2, A. Schneidewind3,4, K. Hradil4,5, D.Haug1, C. T. Lin1, B. Keimer1, and V. Hinkov

1 Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstraße 1, 70569 Stuttgart, Germany
2 Laboratoire Léon Brillouin, CEA-CNRS, CEA Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
3 Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM-II), TU München, D-85747 Garching, Germany

A la grande surprise de la communauté scientifique, une supraconductivité à haute température critique (Tc > 50K) a été découverte en mars 2008 dans des composés à base de fer [1]. En effet, le fer magnétique était plutôt considéré comme antagoniste de la supraconductivité. De plus, c'est la première fois qu'on atteint une température critique si élevée sans cuivre. Comme les oxydes de cuivres supraconducteurs, ces nouveaux supraconducteurs présentent une structure lamellaire avec des couches de fer et de pnictures (composés à base de As, P... , éléments de la 15ème colonne de la table de Mendeleïev) entre lesquelles s'intercalent des plans "réservoirs de charges" (voir la figure). Ces matériaux présentent aussi un diagramme de phase proche de celui des cuprates, avec en fonction du dopage une phase antiferromagnétique contiguë à la phase supraconductrice [2].

24 novembre 2010
C. Hrelescu, T. K. Sau, A. L. Rogach, F. Jäckel, G. Laurent, L. Douillard et F. Charra

En optique, les lois de la diffraction imposent une échelle spatiale de l'ordre de la longueur d'onde. Ainsi, sous excitation optique dans le domaine visible (longueur d'onde d'une fraction de µm), les objets métalliques de dimensions nanométriques sont usuellement considérés comme uniformément éclairés. Les expériences réalisées au SPCSI montrent que les nano-objets ont une signature spatiale et spectrale différente selon qu'ils sont observés en champ lointain (tel que nous les voyons avec nos yeux au microscope optique) ou en champ proche (en observant les mêmes objets en microscopie d'électrons de photoémission, PEEM). Ce résultat très fondamental est aussi une importante contribution à une meilleure maitrise de la "plasmonique" et de la "microscopie en champ proche", qui ouvre la voie vers la réalisation d'une optique intégrée à l'échelle nanométrique, couplant signaux optiques et électriques (opto-électronique).

03 juillet 2010

Contact : P. Viel

L'étude de molécules complexes ou de matériaux biologiques individuels nécessite de  savoir immobiliser ces objets sans altérer leurs fonctions actives. A l'image des bandes de papier tue-mouches ou plus précisément comme un scotch double face d'épaisseur moléculaire, le LCSI a développé des surfaces possédant des propriétés auto-adhésives capables de "coller" un grand nombre de matériaux organiques, minéraux et même biologiques. La fonctionnalisation de la surface du substrat est obtenue par le greffage pérenne de monocouches moléculaires robustes.

[1].

20 septembre 2010

Par comparaison avec des données expérimentales, spécifiquement obtenues dans ce but à l'IRAMIS/SPAM, il est possible de sélectionner la meilleure méthode ab initio, permettant de fixer les paramètres de modèles dits de "champ de force", pour reproduire fidèlement la structure d'assemblées d'atomes aussi complexe que celles constituant les protéines (macromolécule constituée d'acides aminés) ou les peptides (petits polymères d'acides aminés, n<50).

24 mai 2010
P. Simon, B. Pignon, B. Miao, S. Coste, B. Bouchet-Fabre, P. Jegou, S. Marguet, Y. Leconte, C. Reynaud, N. Herlin-Boime

L'efficacité des crèmes solaires est principalement due aux propriétés d'absorption de la lumière de fines particules de TiO2 entrant dans leur composition. Ces particules possèdent aussi par ailleurs des propriétés photo-catalytiques utiles. Par un procédé original de synthèse laser, suivi d'un recuit, un nouveau composé TiO est obtenu qui a comme première propriété intéressante de décaler le seuil d'absorption de la lumière dans le domaine visible. Ceci pourrait permettre de renforcer la protection des crèmes solaires et ouvre la voie à de nombreuses autres applications potentielles.

 

11 février 2010
S. Haessler, J. Caillat, W. Boutu, C. Giovanetti-Teixeira, T. Ruchon, T. Auguste, Z. Diveki, P. Breger, A. Maquet, B. Carré, R. Taïeb & P. Salières,
Visualiser le mouvement des électrons dans la matière demande d'avoir simultanément une résolution spatiale de l'ordre du dixième de nanomètre et une résolution temporelle à l'échelle attoseconde (1 as = 10-18 s). L'imagerie d'orbitale utilisant la "capture d'image" ultra-rapide par émission attoseconde en champ laser intense ouvre une voie vers cet objectif très ambitieux. Les chercheurs d'une collaboration entre l'IRAMIS-SPAMle LCPMR de l'Univ. Paris 6 et du CNRS (UMR 7614) démontrent, par une série d'expériences réalisées au CEA-Saclay, la possibilité de cette imagerie "subnanomètre-attoseconde" dans le cas de la molécule d'azote N2.
13 janvier 2010
Des équipes de l'iBiTec-S, en collaboration avec une équipe de l'IRAMIS, ont mis au point une méthode de marquage au carbone 14 de nanotubes de carbone permettant de suivre et d'étudier leur devenir in vivo.

 

22 avril 2010
C. Villiers, J.-P. Dognon, R. Pollet, P. Thuéry, M. Ephritikhine

 

Fabriquer du plastique sans pétrole et à partir du CO2 ? Des recettes sont connues depuis longtemps, mais les détails des processus réactionnels restaient encore mystérieux. Les chercheurs du SIS2M viennent d'identifier un composé intermédiaire dont la structure et la répartition des charges (zwitterion) permet d'expliquer la réaction entre une amine (guanidine) et le CO2, conduisant à la formation d'uréthane, qui par polymérisation conduit au polyuréthane, plastique souple remplaçant usuellement le caoutchouc.

 

La fabrication du "plastique" est aujourd'hui essentiellement basée sur l'utilisation de dérivés du pétrole dont la consommation doit être maîtrisée. D'autres voies de synthèse en particulier par activation et transformation du dioxyde de carbone, matière première abondante et bon marché, existent depuis longtemps, mais leur principe reste mal connu. La compréhension de ces réactions de synthèse est donc restée un défi et devient une priorité majeure pour la communauté scientifique. La molécule de CO2 est réputée très stable, à la fois thermodynamiquement et cinétiquement, mais ses réactions avec les amines* primaires ou secondaires  ont fait l'objet de nombreuses études, depuis la synthèse de l'urée ou la production industrielle de carbamates (composés R-HN-(C=O)O-R'), employés en grande échelle comme pesticides, jusqu'à l'utilisation de composés aminés pour le piégeage du CO2. Les amines peuvent également jouer le rôle de catalyseurs dans certaines réactions telles que la préparation de carbonates organiques (CO32-), substituts du phosgène dans la synthèse de polycarbonates (plastique dur) et polyuréthanes.


*amines : composés organiques dérivés de l'ammoniac NH3 (primaire, secondaire  : substitution d'1 ou 2 H par un groupe carboné).

15 février 2010
Les chimistes de la DSV (CEA-Direction des Sciences du vivant) et les physiciens de la DSM (CEA-Direction des sciences de la matière) spécialistes de la Résonance magnétique nucléaire (RMN) ont développé une technique en RMN du solide pour mesurer de grandes distances entre atomes. Basée sur l'utilisation d'un isotope de l'hydrogène ayant une grande sensibilité RMN, cette technique permet la détermination de la conformation de petites molécules liées à leurs récepteurs biologiques. Cette détermination est essentielle pour comprendre le mode d'action de ces molécules et pour concevoir de nouveaux médicaments de structure plus simple, et donc plus faciles à synthétiser.
13 janvier 2010
P. Maillet*, C. Levard**, E. Larquet§, C. Mariet,* O. Spalla*, N. Menguy§, A. Masion**, E. Doelsch, J. Rose** et Antoine Thill*

Les Imogolites (OH)3Al2O3Si(OH) sont des minéraux naturels découvert en 1962 dans des sols  volcaniques japonais. Leur structure est analogue à celle d'un nanotube de carbone. Elles sont formées  d'un feuillet de Gibbsite Al(OH)3 refermé sur lui-même, formant un nanotube de 2 nm de diamètre. Ce sont des tétraèdres de Silicium, adsorbés à l'intérieur du nanotube, qui lui confèrent sa courbure. Les applications de tels minéraux se sont peu développées du fait de la difficulté de les synthétiser en grande quantité. Cet obstacle vient d'être levé par une nouvelle voie de synthèse, qu'il faut maintenant mieux comprendre et maîtriser.

13 janvier 2010
Des équipes de l'iBiTec-S, en collaboration avec une équipe de l'IRAMIS, ont mis au point une méthode de marquage au carbone 14 de nanotubes de carbone permettant de suivre et d'étudier leur devenir in vivo.

 

20 décembre 2010

Si la théorie quantique de la supraconductivité à basse température est aujourd'hui bien établie, une collaboration entre l'IRAMIS/SPEC, du Laboratoire P. Aigrain, du PLS d'Orsay et du DFTMC de l'Université de Madrid, vient de conforter le cadre théorique de la supraconductivité à l'échelle mésoscopique par la première observation directe des "états liés d'Andreev". Ces états sont des états de paires électroniques, similaires aux paires d'électrons de Cooper des supraconducteurs, qui apparaissent au sein d'une nanostructure métallique non supraconductrice, insérée dans un circuit supraconducteur. Du fait des réflexions (dites d'Andreev) aux interfaces et de la taille finie de la nanostructure, ils présentent des énergies bien définies sous forme de résonances dans la densité d'états électroniques, qui viennent d'être observées. Ce résultat permet de mieux comprendre une grande classe d'hétérostructures supraconductrices, dont certaines sont déjà utilisées comme dispositifs pour la nanoélectronique.

16 novembre 2010

Une partie de l’activité du groupe est centrée sur l’élaboration et l’étude physico-chimique de matériaux massifs à l’état solide, monocristaux ou céramiques, principalement des oxydes ou des pnictures. Nous consacrons nos recherches à des matériaux aux propriétés remarquables notamment les supraconducteurs à haute température critique, les oxydes multiferroïques et magnéto-électriques.

Différentes voies d’élaboration sont utilisées en fonction du type d’échantillon recherché : La technique de réaction à l’état solide d’oxydes ou de carbonates à haute température (800°C-1500°C) permet la synthèse d’échantillons polycristallins. Le frittage consiste à recuire ces échantillons préalablement compactés, en dessous de leur point de fusion, améliorant ainsi leur densité en fonction de leur degré de compactage.

L’élaboration de monocristaux s’effectue à l’aide d’une technique de croissance en flux qui permet la cristallisation de tels oxydes à partir d’une phase liquide dont la température est inférieure au point de fusion ou à la température de décomposition du matériau.

L’étude par diffraction des rayons X des matériaux élaborés va ensuite permettre de vérifier l’organisation cristalline, l’éventuelle présence de phases parasites et d’optimiser les paramètres de synthèse (température, durées, vitesse de refroidissement).

Les propriétés physiques (magnétiques et transport) des matériaux sont mesurées par les physiciens du groupe mais nous collaborons également avec des laboratoires extérieurs.

Cette forte interaction entre chimistes et  physiciens est un atout pour l’optimisation des échantillons, elle nous permet d’élaborer des matériaux homogènes à haut degré de pureté.

27 septembre 2010
B. Kundys, M. Viret, D. Colson (IRAMIS/SPEC) et D. O. Kundys

 

Les chercheurs de l'IRAMIS/SPEC viennent de montrer qu'en plus du couplage entre polarisation électrique, magnétisme et distorsion du réseau cristallin, l'oxyde BiFeO3 présente un couplage entre éclairement et déformation. Du fait de ces couplages, ce type de matériaux "multifonctionnels" offre la possibilité de commuter, sous l'action d'un signal externe d'une nature donnée (éclairement, contrainte, champ magnétique ou électrique externe), une propriété du matériau de nature différente (aimantation, polarisation électrique, déformation…). La possibilité d'observer l'ensemble de ces couplages (photostriction, électromagnétisme, électrostriction …) dans un même matériau, ouvre la voie à la conception d'une très grande variété de capteurs avec un extraordinaire potentiel applicatif.

01 juin 2010

(french version English version)

Les expériences de violation d'une inégalité de Bell avec deux objets séparés dans l'espace sont considérées comme la meilleure preuve de la nature intrinsèquement quantique du monde : les états des deux objets peuvent être si intimement liés (les physiciens disent "intriqués") que parler de l'état de chacun d'eux n'a plus de sens, même lorsqu'ils sont très éloignés l'un de l'autre.

30 mars 2010

(french version English version)

Les chercheurs du Groupe Instabilités et Turbulence de l'IRAMIS-SPEC ont montré expérimentalement que la transition de blocage de matériaux granulaires amorphes, qui se traduit par l'apparition d'une rigidité globale, se manifeste par la croissance d'une longueur de corrélation présentant un caractère critique.

(figure de titre : Champ de déplacement au voisinage d'un intrus tiré dans un milieu granulaire dense)

 

                 

fig_0001

Illustration 1: Schéma de l'expérience. Une particule intruse est tirée à force constante parmi les autres grains.

 

Illustration 2: Diagramme d'état, dans lequel deux transitions apparaissent : la transition de fluidification (courbe) et la transition de Jamming (vertical)

 

Vous avez un grain? Ils en ont des milliers ! Dans cette expérience du Groupe Instabilités et Turbulences, une assemblée amorphe de grains en 2D est compressée dans une cellule sous vibration horizontale (voir illustration 1) jusqu'à atteindre les états les plus denses possible : une transition apparaît alors, dite transition de blocage (Jamming) [1,2], donnant une rigidité globale au matériau par percolation dynamique des chaines de force.

Les caractéristiques fines de cette transition ont été étudiées au cours de la thèse de Raphaël Candelier au moyen d'une particule « intrus » tirée à force constante dans le milieu. Un diagramme de phase a été dressé, qui met en évidence la présence d'une ligne de fluidification, au dessus de la quelle l'intrus avance sans s'arrêter (comme dans un liquide visqueux) et en dessous de laquelle l'intrus adopte un mouvement intermittent, l'intensité des fluctuations se renforçant au voisinage de la transition de Jamming.

Sous la ligne de fluidification, la réponse à cette perturbation fortement non-linéaire présente une intermittence spatio-temporelle illustrée dans une vidéo :  Voir la vidéo

Les images brutes des grains sont représentées dans la partie inférieure, tandis que la partie supérieure montre ces grains après traitement d'image, la couleur codant leur vitesse instantanée. Il apparaît clairement dans cette configuration - très proche de la transition - que le matériau « hésite » entre un état très rigide et un état très fluide. Les réorganisations à longue protée que l'on peut apercevoir dénotent le caractère critique de cette transition qui a été mis en évidence quantitativement par une analyse du type « crackling noise » révélant des lois d'échelles.

Cette phénoménologie, explorée ici expérimentalement par un procédé original, est décrite dans deux publications récentes [3,4].

 

16 mars 2010
J. Scheibert, C. Guerra, F. Célarié, D. Dalmas and D. Bonamy

Du point de vue de leur comportement à la rupture, les matériaux sont traditionnellement regroupés en trois grandes classes :

  • (i) les matériaux ductiles qui, comme les métaux, se déforment de manière plastique avant leur rupture
  • (ii) les matériaux quasi-fragiles, tels que les roches ou les bétons, où la fracture débute par un endommagement sous forme de microfissures, dont la coalescence amène à la rupture brutale.
  • (iii) les matériaux fragiles, verres polymériques ou verres d'oxyde..., qui se déforment de manière parfaitement élastique avant la fracture, qui se produit par rupture successives des liaisons atomiques en pointe de fissure.

Les expériences réalisées à l'IRAMIS-SPCSI montrent qu'un même matériau peut, en fonction de la vitesse de fissuration, appartenir à deux de ces catégories : il est observé que le Plexiglas®, archétype des matériaux fragiles, s'endommage au delà d'une vitesse limite bien définie, par nucléation de microfissures, comme les matériaux quasi-fragiles.


03 juillet 2010

Contact : P. Viel

L'étude de molécules complexes ou de matériaux biologiques individuels nécessite de  savoir immobiliser ces objets sans altérer leurs fonctions actives. A l'image des bandes de papier tue-mouches ou plus précisément comme un scotch double face d'épaisseur moléculaire, le LCSI a développé des surfaces possédant des propriétés auto-adhésives capables de "coller" un grand nombre de matériaux organiques, minéraux et même biologiques. La fonctionnalisation de la surface du substrat est obtenue par le greffage pérenne de monocouches moléculaires robustes.

[1].

 

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