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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants 2011

29 décembre 2011

Une nouvelle voie de recherche est proposée pour réaliser des processeurs d’information quantique. Cette voie dite hybride combine des bits quantiques de type circuit électrique avec des systèmes quantiques microscopiques comme des ensembles de spins, afin de bénéficier des avantages respectifs de chacun. Le groupe quantronique vient de faire la démonstration d'un transfert d’information quantique entre un bit quantique supraconducteur et une mémoire quantique  faite d'un ensemble de spins, portés par des centres colorés dans le diamant.


Le calcul quantique a connu un regain d’intérêt dans les années 1990 lors de la découverte d’algorithmes quantiques capables d'effectuer très efficacement certaines tâches, comme par exemple le décryptage du code cryptographique utilisé pour la protection des transactions bancaires en ligne. Depuis, de nombreuses équipes cherchent des dispositifs capables de mettre en oeuvre ces algorithmes quantiques. Deux classes de systèmes bien distincts sont à l’étude depuis de nombreuses années :

  • les objets microscopiques, naturellement quantiques, tels que les atomes ou les spins de particules, qui ont l'avantage de présenter des temps de cohérence longs, mais qui restent difficiles à manipuler
     
  • les "qubits" macroscopiques, comme les circuits électriques supraconducteurs, bien plus commodes à manipuler, mais dans lesquels l’information quantique n’est conservée qu’un temps limité.
20 décembre 2011
Contact : Bruno Jousselme

L’utilisation usuelle de l’hydrogène est une voie possible d’évolution de notre paysage énergétique, mais qui demande un large déploiement de piles à combustible. Pour ceci, il est nécessaire de développer et mettre en œuvre de nouveaux catalyseurs sans métaux nobles. En effet, dans les piles actuelles, le catalyseur de référence le plus efficace est le platine, dont l’abondance, le prix croissant, et notre dépendance vis-à-vis des pays étrangers interdisent la fabrication massive des dispositifs basés sur cette technologie. 

Après avoir montré l’efficacité de catalyseurs sans platine pour l’oxydation de l’’hydrogène à l’anode, des catalyseurs sans métaux efficaces pour la réduction de l’oxygène à la cathode ont été obtenus à l’IRAMIS/SPCSI.

28 novembre 2011
Haad Bessbousse, Marie-Claude Clochard et Travis L. Wade (IRAMIS/LSI)

Les métaux lourds sont des éléments toxiques et des normes de concentration de plus en plus exigeantes sont imposées pour la qualité de l'eau, qui demandent le développement de nouvelles techniques d'analyses performantes. Des capteurs voltamétriques originaux réalisés par une collaboration de chercheurs du LSI, du CIMAP et du LLB, sont constitués d'une électrode sous la forme d'une membrane rendue poreuse par irradiation d'ions lourds, qui permet une concentration des polluants et améliore la sensibilité du détecteur.

23 novembre 2011
K. Katsuyoshi, D. L'Hôte, S. Nakamae, M. Konczykowski, V. Mosser
Le théorème de fluctuation-dissipation, reliant l'intensité des fluctuations d'une observable à la réponse à une sollicitation, est un principe vérifié pour tous les systèmes à l'équilibre thermodynamique. Une collaboration de chercheurs de l'IRAMIS/SPEC et LSI a étudié un système ferrofluide, formé d'un ensemble de nanoparticules magnétiques en suspension dans un liquide, et montré qu'il ne satisfait plus ce théorème de fluctuation-dissipation à très basse température dans sa phase gelée, en dessous de sa température de transition (Tg = 67K) entre un état superparamagnétique (à l'équilibre) et un état de verre de superspins (à dynamique lente). Cette première démonstration de la violation du théorème de fluctuation-dissipation sur ce système original enrichit le domaine très actif de la physique statistique des systèmes hors d’équilibre.

 

Le théorème fluctuation-dissipation (TFD) est un des résultats les plus fondamentaux de la physique statistique. Il relie l'intensité des fluctuations thermiques d’un système en équilibre à sa réponse à une force extérieure. Il traduit le fait que l’énergie apportée par cette force sera dissipée en chaleur en raison du caractère erratique et fluctuant des interactions avec les composants microscopiques du système. Sa version la plus célèbre est l’équation d’Einstein qui relie le coefficient de diffusion D d’une particule Brownienne dans un fluide (D "mesure" les fluctuations thermiques) à la viscosité η du fluide (η est la "réponse" du fluide à une force s’exerçant sur un objet en mouvement).

D=kBT/6πηr

Dans sa forme générale, ce théorème relie le spectre Sx(w) des fluctuations δx d’une observable x, à la partie dissipative de la susceptibilité χ”(w) qui traduit la réponse au champ conjugué à cette observable.

Sx(ω) = < [δ x  )]2> = (2 kBT/ω)χ,’’(ω)

ω/2π est la fréquence et T la température.

Le TFD s'applique aux systèmes à l’équilibre. Durant les trois dernières décades, son extension au cas hors d’équilibre a fait l’objet de nombreuses recherches expérimentales et théoriques [1]. Selon certains modèles, le TFD peut être conservé dans le cas hors d’équilibre à condition de remplacer la température T par une température effective Teff supérieure, le rapport (Teff / T) donnant une mesure de l’écart à l’équilibre du système. Pour tester cette prédiction, les verres sont des systèmes physiques idéaux car ils sont par nature hors d’équilibre et à dynamique lente. Parmi ces systèmes, un verre de spin est un ensemble de moments magnétiques désordonnés interagissant entre eux. Pour baisser l’énergie d’un spin donné, il ne suffit pas de le réorienter, mais il faut aussi réorienter ses voisins, puis les voisins des voisins, etc… Il faut donc un temps très long pour atteindre l’équilibre.

L’étude de la violation du TFD a concerné divers système vitreux jusqu’à ce jour, mais peu de résultats expérimentaux existent du fait de la difficulté à mesurer les faibles signaux de "bruit" à l'origine des fluctuations d’une observable. L’équipe MFD ('Magnétisme, Frustration et Désordre') de l'IRAMIS/SPEC dans le cadre d’une collaboration avec une équipe du LSI, a ainsi testé le théorème fluctuation-dissipation sur un verre de spin bien particulier : un ensemble de nanoparticules magnétiques (γ-Fe2O3) en suspension dans un liquide (ferrofluide) gelé car refroidi à basse température [2]. Chaque nanoparticule est monodomaine et porte un moment magnétique ~ 104μB très supérieur aux moments magnétiques atomiques, formant ainsi un "verre de superspins". La température est choisie inférieure à la température de transition Tg = 67K où le système passe de l’état superparamagnétique (aimantation fluctuante des grains individuels, à l'équilibre) à l’état verre de superspins. Dans ce système, les interactions dipolaires entre moments magnétiques sont à l’origine des propriétés de verre de spin avec une dynamique lente et des effets de mémoire.

24 octobre 2011

Par un procédé de microfluidique, une émulsion diphasique de gouttes d'huile dans un mélange eau-éthanol peut être stabilisée avec des nanoparticules de silice (émulsion de "Pickering"). Il est montré qu'en ajustant la concentration de nanoparticules monodisperse en taille, la stabilité de ce type d'émulsion modèle peut être maîtrisée, avec une taille de bulles bien définie et parfaitement contrôlée.

14 octobre 2011

L'aimantation de tout matériau macroscopique n'est pas uniforme, mais constituée de domaines d'orientation magnétique distincte, séparés par des parois magnétiques, dont le déplacement pilote l'évolution de l'aimantation. Pour sonder ces parois bidimensionnelles, mais présentant une certaine épaisseur, une technique sensible au magnétisme et permettant l'étude en volume est indispensable. Les neutrons étant porteur d'un spin et interagissant faiblement avec la matière, l'application de techniques d'imagerie neutronique a été proposée. Ce type de mesure vient d'être réalisé au Laboratoire Léon Brillouin, grâce à la fabrication d'échantillons modèles au magnétisme bien contrôlé. Les mesures directes de précession de neutrons polarisés à travers la structure magnétique permettent de reconstituer le profil de la paroi magnétique. Ce type de méthode doit permettre d'améliorer notre maîtrise du magnétisme et en particulier celui des nanostructures en couches minces.

24 septembre 2011
Contact CEA : Pascal Boulanger

Une dizaine d'année après leurs premières synthèses en laboratoire, les tapis de nanotubes de carbone alignés sont envisagés dans de nombreux domaines d’applications (membranes de filtration, composants électroniques passifs et actifs, matériaux composites,…) combinant propriétés individuelles des nanotubes et nano-structuration spécifique. Mais le développement de ces applications demande une méthode de synthèse industrielle, sûre, peu chère et applicable sur de grandes surfaces. Dans cette marche vers le produit technologique, l'équipe du SPAM vient de franchir un pas important en maîtrisant la production de tapis de nanotubes alignés, aux propriétés contrôlables (longueur et diamètre des tubes, densité) et d'une grande homogénéité sur des surfaces de grande taille. Ce résultat est le fruit d’un effort de recherche fondamental soutenu, depuis plusieurs années par cette équipe pionnière, vers une meilleure compréhension des mécanismes de croissance de telles nanostructures

18 septembre 2011

 

Alors que nos ressources pétrolières deviennent insuffisantes et que les émissions de dioxyde de carbone (CO2) atteignent des valeurs record, le recyclage de ce déchet permettrait de produire des composés chimiques utiles, au lieu de tout faire reposer sur la pétrochimie. Pour faire face à ce défi, une équipe du CEA et du CNRS a mis au point une nouvelle stratégie pour recycler le CO2 en développant une nouvelle transformation permettant de convertir le CO2 en formamides, une classe de molécules habituellement issue de la pétrochimie et largement utilisée pour la fabrication de textiles, médicaments et colles. Ces travaux font l’objet d’une publication dans la revue Angewandte Chemie (2011), sélectionnée comme Very Important Paper (VIP) par les experts.

02 septembre 2011

Après le Prix Nobel attribué à A. Fert et P. Grünberg pour leur découverte de la magnéto résistance géante, la révolution de la spintronique (utilisation du spin des électrons comme support d'information) se poursuit. Après les systèmes à base de couches minces métalliques ou d'oxyde, les systèmes moléculaires pourraient offrir de nombreux avantages technologiques et de nouvelles fonctionnalités. Associé à la première mise en évidence expérimentale par l'équipe "Matériaux et Phénomènes Quantiques" de l'Université Paris-Diderot, des effets de magnétorésistance tunnel à travers des molécules uniques de C60 adsorbées sur une surface de chrome, des chercheurs de l’Iramis ont réussi à modéliser avec succès ce système complexe par des méthodes ab-initio. Les calculs permettent d’interpréter l’expérience en montrant que les états électroniques de la molécule de C60 peuvent être polarisés en spin, par l’intermédiaire de leur interaction avec un substrat magnétique.

30 août 2011
Des solutions savonneuses qui moussent, cela n’est pas extraordinaire ; une mousse de savon stable pendant plusieurs mois, même à 60°C, cela l’est davantage. Et d’autant plus, si cette mousse est élaborée par "chimie verte" à partir d’une substance naturelle. Enfin, cette mousse peut être rapidement détruite en modifiant simplement sa température, et ceci de façon réversible. C’est en résumé le travail réalisé par des équipes de l’INRA, du CEA et du CNRS, qui ouvre de nouvelles applications susceptibles d’intéresser les fabricants de cosmétiques ou de détergents. Les résultats de ces recherches sont publiés dans la revue Angewandte Chemie du 29 août.
22 août 2011
L'extraction d'un plan cristallin unique d'un cristal de graphite constitue une feuille de graphène. Ce cristal de carbone bi-dimensionnel est aujourd'hui étudié de façon très approfondie du fait de ses conductances électrique et thermique exceptionnellement élevées ou encore de sa résistance mécanique. Pour réaliser les nombreuses applications envisagées (électronique ultra-rapide, matériaux renforcés,..), il reste à inventer des outils permettant de manipuler et façonner les feuillets de graphène. Les chercheurs du CIMAP auprès du GANIL à Caen, en collaboration avec les chercheurs de l’Université de Duisburg (Allemagne), viennent de montrer que le graphène peut être coupé et plié par irradiation sous incidence rasante avec un ion lourd. Alors que l’irradiation conduit usuellement à la formation de défauts étendus, sous la forme de traces latentes ou de nanostructures de surface, la découpe des feuilles de graphène ainsi obtenue est tout à fait originale.
03 août 2011

Dans le domaine de la nanophotonique, l'organisation spatiale de molécules optiquement actives,  permet de contrôler et renforcer leur activité (par exemple pour la conversion de l’énergie solaire). Ceci peut être réalisé par dépôt sur une surface, mais les molécules doivent rester isolées de celle-ci pour fonctionner efficacement. Une équipe du Laboratoire de chimie des polymères (CNRS / Université Pierre et Marie Curie) et des chercheurs de l’Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS/SPCSI, CEA) proposent une stratégie originale pour contrôler l’organisation des molécules déposées sur une surface tout en préservant leur fonctionnalité. Pour cela, ils réalisent des tectons [1] tridimensionnels possédant une face qui contrôle l’auto-assemblage sur la surface, l’autre face étant constituée par la molécule active. Les deux entités sont reliées entre elles par un pilier de longueur variable pour découpler efficacement la composante active de la surface. Ces travaux font l’objet d’une publication dans la revue Angewandte Chemie International Edition.

18 juillet 2011

(french version English version)

La corrosion sous contrainte - action combinée de contraintes mécaniques et de corrosion par l'eau de l'atmosphère environnante - est souvent à l'origine de la propagation des fissures dans les verres. Une étude par réflectivité de neutrons au Laboratoire Léon Brillouin (IRAMIS/LLB) d'échantillons de verre de silice fracturés sous atmosphère d'eau lourde (D2O) montre une forte pénétration de l'eau dans le verre. La concentration sous la surface de rupture est si importante qu'elle suggère la présence d'un fort endommagement autour de la pointe de fissure. Ces observations montrent la nécessité d’élaborer de nouveaux modèles de la corrosion sous contrainte.

23 juin 2011
Contact : Giancarlo Rizza, Laboratoire des Solides Irradiés, Ecole Polytechnique

Du fait de leur taille, les nano-objets présentent des propriétés photoniques et plasmoniques remarquables que l'on cherche à exploiter. Diverses techniques permettent la réalisation de ces objets, et le façonnage de la forme des nano-objets au sein d'une matrice hôte (matériaux composites) est en particulier un moyen intéressant pour mieux maîtriser leurs propriétés physico-chimiques. Par une approche en synergie entre chimie des colloïdes et irradiation pour la fabrication et l’étude de tels systèmes, une équipe de l'Iramis/LSI montre que la morphologie de nano-objets métalliques confinés dans une matrice amorphe peut être modifiée par irradiation avec des ions lourds rapides. L’irradiation permet notamment de transformer des nanoparticules sphériques en nano-bâtonnets puis en nano-fils alignés et orientés dans la direction du faisceau d’ions.

21 avril 2011
Jacques Jestin, Nicolas Jouault, Chloé Chevigny, François Boué, Laboratoire Léon Brillouin, CEA Saclay

Un moyen d'améliorer les propriétés mécaniques des matériaux plastiques est de les renforcer par des nanoparticules, en formant ainsi un matériau composite. Une étude structurale détaillée par diffusion de neutrons, couplée à des essais mécaniques, d'échantillons de polystyrène renforcés par des grains de silice a été réalisée au Laboratoire Léon Brillouin (LLB) au CEA Saclay. Cette étude montre toute l'importance de savoir maîtriser la distribution des particules entrant dans la composition du matériau. Une solution originale au problème par le greffage de petites chaînes de polymère à la surface des particules est aussi étudiée. Cette étude modèle trouve de nombreuses applications, en particulier dans le domaine du pneumatique.

 

19 avril 2011

La mesure de l’activité électrique cardiaque permet de suivre le fonctionnement dynamique du cœur. Habituellement mesuré à l’aide d’électrodes, lors d’un examen d’électrocardiographie (ECG), cette activité peut également être étudiée grâce à la composante magnétique induite par la circulation des courants cardiaques. On parle alors de "magnétocardiographie" (MCG). L'ultra-sensibilité des nouveaux capteurs magnétiques réalisés à l'IRAMIS/SPEC vont contribuer à faire émerger cette technique, qui présente l’avantage d’être sans contact, ne nécessitant pas la pose d’électrodes, et de permettre par une cartographie du signal, une imagerie dynamique du cycle cardiaque.

01 avril 2011

L'irradiation des molécules biologiques peut conduire à leur fragmentation et à l'ionisation des fragments. Dans une expérience portant sur l'irradiation par des ions lourds de molécules biologiques (acides aminés : glycine et valine) l'équipe du CIMAP montre l'importance de l'environnement des molécules dans ce processus. Il est observé qu'emprisonnées dans un agrégat permettant une redistribution rapide de l’excès d’énergie, ces molécules peuvent être simplement ionisées, sans fragmentation.

25 mars 2011

Les irradiations aux rayons ultra-violets A (UVA) sont connues pour être à l'origine de cancers de la peau. En considérant une molécule d'ADN modèle, les chercheurs du Laboratoire Francis Perrin (CNRS/CEA-IRAMIS, à Saclay) en collaboration avec un laboratoire du CEA-INAC, à Grenoble, ont exploré la façon dont les UVA agissent directement sur cette molécule complexe. Il est montré que l’interaction entre UVA et l'ADN modèle étudié résulte d’un comportement collectif des bases de la double hélice d’ADN. Mécanisme qui peut conduire à des lésions chimiques, pouvant être une cause de mutations cancérigènes.

 

14 mars 2011

C.J. van der Beek, Marcin Konczykowski  Laboratoire des Solides Irradiés, Ecole Polytechnique

Collaboration R. Okazaki, S. Kasahara T. Terashima, T Shibauchi, Y. Matsuda, Département de Physique, Université de Kyoto, Sakyo-ku, Kyoto, Japon.

Les nouveaux supraconducteurs à base de fer-arsenic (pnictures) sont de type II, c'est-à-dire qu'il existe un seuil critique en champ magnétique au-delà duquel le champ pénètre dans le matériau sous forme de vortex. Les expérimentateurs du LSI montrent par l'étude du piégeage de ces vortex (notamment par la mesure du courant critique de dépiégeage) que ces nouveaux supraconducteurs se séparent en deux classes selon la valence de leur dopage (isovalent ou "en charge"). Cette distinction est cohérente avec le comportement de diffusion par les défauts des quasi-particules associées à l'état supraconducteur (paires de Cooper). Ceci montre que l'étude du piégeage de vortex est une méthode utile et insoupçonnée pour caractériser ces composés [1].

15 février 2011
Jérôme Polesel Maris, José Moran Meza, Christophe Lubin, François Thoyer, Jacques Cousty

Les chercheurs du SPCSI viennent de mettre au point un nouveau microscope à sonde locale permettant la caractérisation fine des couplages mécano-électriques d’édifices moléculaires. Cet appareil, combinaison d'un STM et d'un AFM, est basé sur un capteur intégré piézoélectrique maintenu en oscillation à sa fréquence de résonance. La mesure simultanée des 2 signaux (STM : courant tunnel - AFM : gradient de force) fourni une information très riche sur les systèmes moléculaires étudiés. La connaissance des propriétés électroniques et mécaniques des couches moléculaires ou de molécules isolées permise par cet instrument est indispensable à la conception de couches moléculaires fonctionnelles (graphène pour la nanoélectronique, photovoltaïque, capteurs, etc…) ou encore la caractérisation des NEMS (Nano Electro-Mechanical Systems).

27 janvier 2011

 

Un des axes de recherche essentiel dans le domaine des  impulsions laser ultra-brèves (femtoseconde 10-15 s) concerne la stabilisation de la position de la porteuse dans l’enveloppe de l'impulsion (dite CEP pour "Carrier Envelope Phase"). Un procédé innovant pour corriger les fluctuations lentes de CEP est proposé par le CEA/SLIC (Saclay Laser-matter Interaction Centre)en collaboration avec la Société Amplitude Technologies (AT). Il est fondé sur l’utilisation de l’effet électro-optique (EO) linéaire, qui permet d’envisager la réalisation d'un système correctif compact, simple et à coût modéré et dont le temps de réponse rend possible un fonctionnement à taux de répétition élevé.

15 janvier 2011
V. Klosek, R. Dakhaloui, L. Vincent, B. Marini et M.H. Mathon

 

Par diffusion de neutrons in situ, il est possible d'observer la texture cristallographique et de suivre les déformations des grains d'un échantillon lors d’un essai mécanique. Développée autour des diffractomètres G5.2 et 6T1 du groupe "Interface et Matériaux" du LLB, cette méthode, constamment améliorée, a permis récemment la caractérisation de l'acier 16MnD5 constitutif des cuves des réacteurs nucléaires à eau pressurisée. Ces données se sont avérées centrales pour la validation d’un modèle mécanique, prenant en compte le détail de la morphologie et la cristallographie des grains.

28 novembre 2011
Haad Bessbousse, Marie-Claude Clochard et Travis L. Wade (IRAMIS/LSI)

Les métaux lourds sont des éléments toxiques et des normes de concentration de plus en plus exigeantes sont imposées pour la qualité de l'eau, qui demandent le développement de nouvelles techniques d'analyses performantes. Des capteurs voltamétriques originaux réalisés par une collaboration de chercheurs du LSI, du CIMAP et du LLB, sont constitués d'une électrode sous la forme d'une membrane rendue poreuse par irradiation d'ions lourds, qui permet une concentration des polluants et améliore la sensibilité du détecteur.

22 août 2011
L'extraction d'un plan cristallin unique d'un cristal de graphite constitue une feuille de graphène. Ce cristal de carbone bi-dimensionnel est aujourd'hui étudié de façon très approfondie du fait de ses conductances électrique et thermique exceptionnellement élevées ou encore de sa résistance mécanique. Pour réaliser les nombreuses applications envisagées (électronique ultra-rapide, matériaux renforcés,..), il reste à inventer des outils permettant de manipuler et façonner les feuillets de graphène. Les chercheurs du CIMAP auprès du GANIL à Caen, en collaboration avec les chercheurs de l’Université de Duisburg (Allemagne), viennent de montrer que le graphène peut être coupé et plié par irradiation sous incidence rasante avec un ion lourd. Alors que l’irradiation conduit usuellement à la formation de défauts étendus, sous la forme de traces latentes ou de nanostructures de surface, la découpe des feuilles de graphène ainsi obtenue est tout à fait originale.
01 avril 2011

L'irradiation des molécules biologiques peut conduire à leur fragmentation et à l'ionisation des fragments. Dans une expérience portant sur l'irradiation par des ions lourds de molécules biologiques (acides aminés : glycine et valine) l'équipe du CIMAP montre l'importance de l'environnement des molécules dans ce processus. Il est observé qu'emprisonnées dans un agrégat permettant une redistribution rapide de l’excès d’énergie, ces molécules peuvent être simplement ionisées, sans fragmentation.

28 novembre 2011
Haad Bessbousse, Marie-Claude Clochard et Travis L. Wade (IRAMIS/LSI)

Les métaux lourds sont des éléments toxiques et des normes de concentration de plus en plus exigeantes sont imposées pour la qualité de l'eau, qui demandent le développement de nouvelles techniques d'analyses performantes. Des capteurs voltamétriques originaux réalisés par une collaboration de chercheurs du LSI, du CIMAP et du LLB, sont constitués d'une électrode sous la forme d'une membrane rendue poreuse par irradiation d'ions lourds, qui permet une concentration des polluants et améliore la sensibilité du détecteur.

23 juin 2011
Contact : Giancarlo Rizza, Laboratoire des Solides Irradiés, Ecole Polytechnique

Du fait de leur taille, les nano-objets présentent des propriétés photoniques et plasmoniques remarquables que l'on cherche à exploiter. Diverses techniques permettent la réalisation de ces objets, et le façonnage de la forme des nano-objets au sein d'une matrice hôte (matériaux composites) est en particulier un moyen intéressant pour mieux maîtriser leurs propriétés physico-chimiques. Par une approche en synergie entre chimie des colloïdes et irradiation pour la fabrication et l’étude de tels systèmes, une équipe de l'Iramis/LSI montre que la morphologie de nano-objets métalliques confinés dans une matrice amorphe peut être modifiée par irradiation avec des ions lourds rapides. L’irradiation permet notamment de transformer des nanoparticules sphériques en nano-bâtonnets puis en nano-fils alignés et orientés dans la direction du faisceau d’ions.

14 mars 2011

C.J. van der Beek, Marcin Konczykowski  Laboratoire des Solides Irradiés, Ecole Polytechnique

Collaboration R. Okazaki, S. Kasahara T. Terashima, T Shibauchi, Y. Matsuda, Département de Physique, Université de Kyoto, Sakyo-ku, Kyoto, Japon.

Les nouveaux supraconducteurs à base de fer-arsenic (pnictures) sont de type II, c'est-à-dire qu'il existe un seuil critique en champ magnétique au-delà duquel le champ pénètre dans le matériau sous forme de vortex. Les expérimentateurs du LSI montrent par l'étude du piégeage de ces vortex (notamment par la mesure du courant critique de dépiégeage) que ces nouveaux supraconducteurs se séparent en deux classes selon la valence de leur dopage (isovalent ou "en charge"). Cette distinction est cohérente avec le comportement de diffusion par les défauts des quasi-particules associées à l'état supraconducteur (paires de Cooper). Ceci montre que l'étude du piégeage de vortex est une méthode utile et insoupçonnée pour caractériser ces composés [1].

25 mars 2011

Les irradiations aux rayons ultra-violets A (UVA) sont connues pour être à l'origine de cancers de la peau. En considérant une molécule d'ADN modèle, les chercheurs du Laboratoire Francis Perrin (CNRS/CEA-IRAMIS, à Saclay) en collaboration avec un laboratoire du CEA-INAC, à Grenoble, ont exploré la façon dont les UVA agissent directement sur cette molécule complexe. Il est montré que l’interaction entre UVA et l'ADN modèle étudié résulte d’un comportement collectif des bases de la double hélice d’ADN. Mécanisme qui peut conduire à des lésions chimiques, pouvant être une cause de mutations cancérigènes.

 

27 janvier 2011

 

Un des axes de recherche essentiel dans le domaine des  impulsions laser ultra-brèves (femtoseconde 10-15 s) concerne la stabilisation de la position de la porteuse dans l’enveloppe de l'impulsion (dite CEP pour "Carrier Envelope Phase"). Un procédé innovant pour corriger les fluctuations lentes de CEP est proposé par le CEA/SLIC (Saclay Laser-matter Interaction Centre)en collaboration avec la Société Amplitude Technologies (AT). Il est fondé sur l’utilisation de l’effet électro-optique (EO) linéaire, qui permet d’envisager la réalisation d'un système correctif compact, simple et à coût modéré et dont le temps de réponse rend possible un fonctionnement à taux de répétition élevé.

28 novembre 2011
Haad Bessbousse, Marie-Claude Clochard et Travis L. Wade (IRAMIS/LSI)

Les métaux lourds sont des éléments toxiques et des normes de concentration de plus en plus exigeantes sont imposées pour la qualité de l'eau, qui demandent le développement de nouvelles techniques d'analyses performantes. Des capteurs voltamétriques originaux réalisés par une collaboration de chercheurs du LSI, du CIMAP et du LLB, sont constitués d'une électrode sous la forme d'une membrane rendue poreuse par irradiation d'ions lourds, qui permet une concentration des polluants et améliore la sensibilité du détecteur.

14 octobre 2011

L'aimantation de tout matériau macroscopique n'est pas uniforme, mais constituée de domaines d'orientation magnétique distincte, séparés par des parois magnétiques, dont le déplacement pilote l'évolution de l'aimantation. Pour sonder ces parois bidimensionnelles, mais présentant une certaine épaisseur, une technique sensible au magnétisme et permettant l'étude en volume est indispensable. Les neutrons étant porteur d'un spin et interagissant faiblement avec la matière, l'application de techniques d'imagerie neutronique a été proposée. Ce type de mesure vient d'être réalisé au Laboratoire Léon Brillouin, grâce à la fabrication d'échantillons modèles au magnétisme bien contrôlé. Les mesures directes de précession de neutrons polarisés à travers la structure magnétique permettent de reconstituer le profil de la paroi magnétique. Ce type de méthode doit permettre d'améliorer notre maîtrise du magnétisme et en particulier celui des nanostructures en couches minces.

30 août 2011
Des solutions savonneuses qui moussent, cela n’est pas extraordinaire ; une mousse de savon stable pendant plusieurs mois, même à 60°C, cela l’est davantage. Et d’autant plus, si cette mousse est élaborée par "chimie verte" à partir d’une substance naturelle. Enfin, cette mousse peut être rapidement détruite en modifiant simplement sa température, et ceci de façon réversible. C’est en résumé le travail réalisé par des équipes de l’INRA, du CEA et du CNRS, qui ouvre de nouvelles applications susceptibles d’intéresser les fabricants de cosmétiques ou de détergents. Les résultats de ces recherches sont publiés dans la revue Angewandte Chemie du 29 août.
18 juillet 2011

(french version English version)

La corrosion sous contrainte - action combinée de contraintes mécaniques et de corrosion par l'eau de l'atmosphère environnante - est souvent à l'origine de la propagation des fissures dans les verres. Une étude par réflectivité de neutrons au Laboratoire Léon Brillouin (IRAMIS/LLB) d'échantillons de verre de silice fracturés sous atmosphère d'eau lourde (D2O) montre une forte pénétration de l'eau dans le verre. La concentration sous la surface de rupture est si importante qu'elle suggère la présence d'un fort endommagement autour de la pointe de fissure. Ces observations montrent la nécessité d’élaborer de nouveaux modèles de la corrosion sous contrainte.

21 avril 2011
Jacques Jestin, Nicolas Jouault, Chloé Chevigny, François Boué, Laboratoire Léon Brillouin, CEA Saclay

Un moyen d'améliorer les propriétés mécaniques des matériaux plastiques est de les renforcer par des nanoparticules, en formant ainsi un matériau composite. Une étude structurale détaillée par diffusion de neutrons, couplée à des essais mécaniques, d'échantillons de polystyrène renforcés par des grains de silice a été réalisée au Laboratoire Léon Brillouin (LLB) au CEA Saclay. Cette étude montre toute l'importance de savoir maîtriser la distribution des particules entrant dans la composition du matériau. Une solution originale au problème par le greffage de petites chaînes de polymère à la surface des particules est aussi étudiée. Cette étude modèle trouve de nombreuses applications, en particulier dans le domaine du pneumatique.

 

15 janvier 2011
V. Klosek, R. Dakhaloui, L. Vincent, B. Marini et M.H. Mathon

 

Par diffusion de neutrons in situ, il est possible d'observer la texture cristallographique et de suivre les déformations des grains d'un échantillon lors d’un essai mécanique. Développée autour des diffractomètres G5.2 et 6T1 du groupe "Interface et Matériaux" du LLB, cette méthode, constamment améliorée, a permis récemment la caractérisation de l'acier 16MnD5 constitutif des cuves des réacteurs nucléaires à eau pressurisée. Ces données se sont avérées centrales pour la validation d’un modèle mécanique, prenant en compte le détail de la morphologie et la cristallographie des grains.

20 décembre 2011
Contact : Bruno Jousselme

L’utilisation usuelle de l’hydrogène est une voie possible d’évolution de notre paysage énergétique, mais qui demande un large déploiement de piles à combustible. Pour ceci, il est nécessaire de développer et mettre en œuvre de nouveaux catalyseurs sans métaux nobles. En effet, dans les piles actuelles, le catalyseur de référence le plus efficace est le platine, dont l’abondance, le prix croissant, et notre dépendance vis-à-vis des pays étrangers interdisent la fabrication massive des dispositifs basés sur cette technologie. 

Après avoir montré l’efficacité de catalyseurs sans platine pour l’oxydation de l’’hydrogène à l’anode, des catalyseurs sans métaux efficaces pour la réduction de l’oxygène à la cathode ont été obtenus à l’IRAMIS/SPCSI.

02 septembre 2011

Après le Prix Nobel attribué à A. Fert et P. Grünberg pour leur découverte de la magnéto résistance géante, la révolution de la spintronique (utilisation du spin des électrons comme support d'information) se poursuit. Après les systèmes à base de couches minces métalliques ou d'oxyde, les systèmes moléculaires pourraient offrir de nombreux avantages technologiques et de nouvelles fonctionnalités. Associé à la première mise en évidence expérimentale par l'équipe "Matériaux et Phénomènes Quantiques" de l'Université Paris-Diderot, des effets de magnétorésistance tunnel à travers des molécules uniques de C60 adsorbées sur une surface de chrome, des chercheurs de l’Iramis ont réussi à modéliser avec succès ce système complexe par des méthodes ab-initio. Les calculs permettent d’interpréter l’expérience en montrant que les états électroniques de la molécule de C60 peuvent être polarisés en spin, par l’intermédiaire de leur interaction avec un substrat magnétique.

03 août 2011

Dans le domaine de la nanophotonique, l'organisation spatiale de molécules optiquement actives,  permet de contrôler et renforcer leur activité (par exemple pour la conversion de l’énergie solaire). Ceci peut être réalisé par dépôt sur une surface, mais les molécules doivent rester isolées de celle-ci pour fonctionner efficacement. Une équipe du Laboratoire de chimie des polymères (CNRS / Université Pierre et Marie Curie) et des chercheurs de l’Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS/SPCSI, CEA) proposent une stratégie originale pour contrôler l’organisation des molécules déposées sur une surface tout en préservant leur fonctionnalité. Pour cela, ils réalisent des tectons [1] tridimensionnels possédant une face qui contrôle l’auto-assemblage sur la surface, l’autre face étant constituée par la molécule active. Les deux entités sont reliées entre elles par un pilier de longueur variable pour découpler efficacement la composante active de la surface. Ces travaux font l’objet d’une publication dans la revue Angewandte Chemie International Edition.

18 juillet 2011

(french version English version)

La corrosion sous contrainte - action combinée de contraintes mécaniques et de corrosion par l'eau de l'atmosphère environnante - est souvent à l'origine de la propagation des fissures dans les verres. Une étude par réflectivité de neutrons au Laboratoire Léon Brillouin (IRAMIS/LLB) d'échantillons de verre de silice fracturés sous atmosphère d'eau lourde (D2O) montre une forte pénétration de l'eau dans le verre. La concentration sous la surface de rupture est si importante qu'elle suggère la présence d'un fort endommagement autour de la pointe de fissure. Ces observations montrent la nécessité d’élaborer de nouveaux modèles de la corrosion sous contrainte.

15 février 2011
Jérôme Polesel Maris, José Moran Meza, Christophe Lubin, François Thoyer, Jacques Cousty

Les chercheurs du SPCSI viennent de mettre au point un nouveau microscope à sonde locale permettant la caractérisation fine des couplages mécano-électriques d’édifices moléculaires. Cet appareil, combinaison d'un STM et d'un AFM, est basé sur un capteur intégré piézoélectrique maintenu en oscillation à sa fréquence de résonance. La mesure simultanée des 2 signaux (STM : courant tunnel - AFM : gradient de force) fourni une information très riche sur les systèmes moléculaires étudiés. La connaissance des propriétés électroniques et mécaniques des couches moléculaires ou de molécules isolées permise par cet instrument est indispensable à la conception de couches moléculaires fonctionnelles (graphène pour la nanoélectronique, photovoltaïque, capteurs, etc…) ou encore la caractérisation des NEMS (Nano Electro-Mechanical Systems).

24 septembre 2011
Contact CEA : Pascal Boulanger

Une dizaine d'année après leurs premières synthèses en laboratoire, les tapis de nanotubes de carbone alignés sont envisagés dans de nombreux domaines d’applications (membranes de filtration, composants électroniques passifs et actifs, matériaux composites,…) combinant propriétés individuelles des nanotubes et nano-structuration spécifique. Mais le développement de ces applications demande une méthode de synthèse industrielle, sûre, peu chère et applicable sur de grandes surfaces. Dans cette marche vers le produit technologique, l'équipe du SPAM vient de franchir un pas important en maîtrisant la production de tapis de nanotubes alignés, aux propriétés contrôlables (longueur et diamètre des tubes, densité) et d'une grande homogénéité sur des surfaces de grande taille. Ce résultat est le fruit d’un effort de recherche fondamental soutenu, depuis plusieurs années par cette équipe pionnière, vers une meilleure compréhension des mécanismes de croissance de telles nanostructures

25 mars 2011

Les irradiations aux rayons ultra-violets A (UVA) sont connues pour être à l'origine de cancers de la peau. En considérant une molécule d'ADN modèle, les chercheurs du Laboratoire Francis Perrin (CNRS/CEA-IRAMIS, à Saclay) en collaboration avec un laboratoire du CEA-INAC, à Grenoble, ont exploré la façon dont les UVA agissent directement sur cette molécule complexe. Il est montré que l’interaction entre UVA et l'ADN modèle étudié résulte d’un comportement collectif des bases de la double hélice d’ADN. Mécanisme qui peut conduire à des lésions chimiques, pouvant être une cause de mutations cancérigènes.

 

27 janvier 2011

 

Un des axes de recherche essentiel dans le domaine des  impulsions laser ultra-brèves (femtoseconde 10-15 s) concerne la stabilisation de la position de la porteuse dans l’enveloppe de l'impulsion (dite CEP pour "Carrier Envelope Phase"). Un procédé innovant pour corriger les fluctuations lentes de CEP est proposé par le CEA/SLIC (Saclay Laser-matter Interaction Centre)en collaboration avec la Société Amplitude Technologies (AT). Il est fondé sur l’utilisation de l’effet électro-optique (EO) linéaire, qui permet d’envisager la réalisation d'un système correctif compact, simple et à coût modéré et dont le temps de réponse rend possible un fonctionnement à taux de répétition élevé.

24 octobre 2011

Par un procédé de microfluidique, une émulsion diphasique de gouttes d'huile dans un mélange eau-éthanol peut être stabilisée avec des nanoparticules de silice (émulsion de "Pickering"). Il est montré qu'en ajustant la concentration de nanoparticules monodisperse en taille, la stabilité de ce type d'émulsion modèle peut être maîtrisée, avec une taille de bulles bien définie et parfaitement contrôlée.

18 septembre 2011

 

Alors que nos ressources pétrolières deviennent insuffisantes et que les émissions de dioxyde de carbone (CO2) atteignent des valeurs record, le recyclage de ce déchet permettrait de produire des composés chimiques utiles, au lieu de tout faire reposer sur la pétrochimie. Pour faire face à ce défi, une équipe du CEA et du CNRS a mis au point une nouvelle stratégie pour recycler le CO2 en développant une nouvelle transformation permettant de convertir le CO2 en formamides, une classe de molécules habituellement issue de la pétrochimie et largement utilisée pour la fabrication de textiles, médicaments et colles. Ces travaux font l’objet d’une publication dans la revue Angewandte Chemie (2011), sélectionnée comme Very Important Paper (VIP) par les experts.

29 décembre 2011

Une nouvelle voie de recherche est proposée pour réaliser des processeurs d’information quantique. Cette voie dite hybride combine des bits quantiques de type circuit électrique avec des systèmes quantiques microscopiques comme des ensembles de spins, afin de bénéficier des avantages respectifs de chacun. Le groupe quantronique vient de faire la démonstration d'un transfert d’information quantique entre un bit quantique supraconducteur et une mémoire quantique  faite d'un ensemble de spins, portés par des centres colorés dans le diamant.


Le calcul quantique a connu un regain d’intérêt dans les années 1990 lors de la découverte d’algorithmes quantiques capables d'effectuer très efficacement certaines tâches, comme par exemple le décryptage du code cryptographique utilisé pour la protection des transactions bancaires en ligne. Depuis, de nombreuses équipes cherchent des dispositifs capables de mettre en oeuvre ces algorithmes quantiques. Deux classes de systèmes bien distincts sont à l’étude depuis de nombreuses années :

  • les objets microscopiques, naturellement quantiques, tels que les atomes ou les spins de particules, qui ont l'avantage de présenter des temps de cohérence longs, mais qui restent difficiles à manipuler
     
  • les "qubits" macroscopiques, comme les circuits électriques supraconducteurs, bien plus commodes à manipuler, mais dans lesquels l’information quantique n’est conservée qu’un temps limité.
23 novembre 2011
K. Katsuyoshi, D. L'Hôte, S. Nakamae, M. Konczykowski, V. Mosser
Le théorème de fluctuation-dissipation, reliant l'intensité des fluctuations d'une observable à la réponse à une sollicitation, est un principe vérifié pour tous les systèmes à l'équilibre thermodynamique. Une collaboration de chercheurs de l'IRAMIS/SPEC et LSI a étudié un système ferrofluide, formé d'un ensemble de nanoparticules magnétiques en suspension dans un liquide, et montré qu'il ne satisfait plus ce théorème de fluctuation-dissipation à très basse température dans sa phase gelée, en dessous de sa température de transition (Tg = 67K) entre un état superparamagnétique (à l'équilibre) et un état de verre de superspins (à dynamique lente). Cette première démonstration de la violation du théorème de fluctuation-dissipation sur ce système original enrichit le domaine très actif de la physique statistique des systèmes hors d’équilibre.

 

Le théorème fluctuation-dissipation (TFD) est un des résultats les plus fondamentaux de la physique statistique. Il relie l'intensité des fluctuations thermiques d’un système en équilibre à sa réponse à une force extérieure. Il traduit le fait que l’énergie apportée par cette force sera dissipée en chaleur en raison du caractère erratique et fluctuant des interactions avec les composants microscopiques du système. Sa version la plus célèbre est l’équation d’Einstein qui relie le coefficient de diffusion D d’une particule Brownienne dans un fluide (D "mesure" les fluctuations thermiques) à la viscosité η du fluide (η est la "réponse" du fluide à une force s’exerçant sur un objet en mouvement).

D=kBT/6πηr

Dans sa forme générale, ce théorème relie le spectre Sx(w) des fluctuations δx d’une observable x, à la partie dissipative de la susceptibilité χ”(w) qui traduit la réponse au champ conjugué à cette observable.

Sx(ω) = < [δ x  )]2> = (2 kBT/ω)χ,’’(ω)

ω/2π est la fréquence et T la température.

Le TFD s'applique aux systèmes à l’équilibre. Durant les trois dernières décades, son extension au cas hors d’équilibre a fait l’objet de nombreuses recherches expérimentales et théoriques [1]. Selon certains modèles, le TFD peut être conservé dans le cas hors d’équilibre à condition de remplacer la température T par une température effective Teff supérieure, le rapport (Teff / T) donnant une mesure de l’écart à l’équilibre du système. Pour tester cette prédiction, les verres sont des systèmes physiques idéaux car ils sont par nature hors d’équilibre et à dynamique lente. Parmi ces systèmes, un verre de spin est un ensemble de moments magnétiques désordonnés interagissant entre eux. Pour baisser l’énergie d’un spin donné, il ne suffit pas de le réorienter, mais il faut aussi réorienter ses voisins, puis les voisins des voisins, etc… Il faut donc un temps très long pour atteindre l’équilibre.

L’étude de la violation du TFD a concerné divers système vitreux jusqu’à ce jour, mais peu de résultats expérimentaux existent du fait de la difficulté à mesurer les faibles signaux de "bruit" à l'origine des fluctuations d’une observable. L’équipe MFD ('Magnétisme, Frustration et Désordre') de l'IRAMIS/SPEC dans le cadre d’une collaboration avec une équipe du LSI, a ainsi testé le théorème fluctuation-dissipation sur un verre de spin bien particulier : un ensemble de nanoparticules magnétiques (γ-Fe2O3) en suspension dans un liquide (ferrofluide) gelé car refroidi à basse température [2]. Chaque nanoparticule est monodomaine et porte un moment magnétique ~ 104μB très supérieur aux moments magnétiques atomiques, formant ainsi un "verre de superspins". La température est choisie inférieure à la température de transition Tg = 67K où le système passe de l’état superparamagnétique (aimantation fluctuante des grains individuels, à l'équilibre) à l’état verre de superspins. Dans ce système, les interactions dipolaires entre moments magnétiques sont à l’origine des propriétés de verre de spin avec une dynamique lente et des effets de mémoire.

18 juillet 2011

(french version English version)

La corrosion sous contrainte - action combinée de contraintes mécaniques et de corrosion par l'eau de l'atmosphère environnante - est souvent à l'origine de la propagation des fissures dans les verres. Une étude par réflectivité de neutrons au Laboratoire Léon Brillouin (IRAMIS/LLB) d'échantillons de verre de silice fracturés sous atmosphère d'eau lourde (D2O) montre une forte pénétration de l'eau dans le verre. La concentration sous la surface de rupture est si importante qu'elle suggère la présence d'un fort endommagement autour de la pointe de fissure. Ces observations montrent la nécessité d’élaborer de nouveaux modèles de la corrosion sous contrainte.

19 avril 2011

La mesure de l’activité électrique cardiaque permet de suivre le fonctionnement dynamique du cœur. Habituellement mesuré à l’aide d’électrodes, lors d’un examen d’électrocardiographie (ECG), cette activité peut également être étudiée grâce à la composante magnétique induite par la circulation des courants cardiaques. On parle alors de "magnétocardiographie" (MCG). L'ultra-sensibilité des nouveaux capteurs magnétiques réalisés à l'IRAMIS/SPEC vont contribuer à faire émerger cette technique, qui présente l’avantage d’être sans contact, ne nécessitant pas la pose d’électrodes, et de permettre par une cartographie du signal, une imagerie dynamique du cycle cardiaque.

18 septembre 2011

 

Alors que nos ressources pétrolières deviennent insuffisantes et que les émissions de dioxyde de carbone (CO2) atteignent des valeurs record, le recyclage de ce déchet permettrait de produire des composés chimiques utiles, au lieu de tout faire reposer sur la pétrochimie. Pour faire face à ce défi, une équipe du CEA et du CNRS a mis au point une nouvelle stratégie pour recycler le CO2 en développant une nouvelle transformation permettant de convertir le CO2 en formamides, une classe de molécules habituellement issue de la pétrochimie et largement utilisée pour la fabrication de textiles, médicaments et colles. Ces travaux font l’objet d’une publication dans la revue Angewandte Chemie (2011), sélectionnée comme Very Important Paper (VIP) par les experts.

 

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