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Headlines 2016

07-04-2016

Fractionalized excitations that emerge from a many-body system have revealed rich physics and concepts, from composite fermions in two-dimensional electron systems, revealed through the fractional quantum Hall effect, to spinons in antiferromagnetic chains and, more recently, fractionalization of Dirac electrons in graphene and magnetic monopoles in spin ice. Even more surprising is the fragmentation of the degrees of freedom themselves, leading to coexisting and a priori independent ground states.

This puzzling phenomenon was recently put forward in the context of spin ice, in which the magnetic moment field can fragment, resulting in a dual ground state consisting of a fluctuating spin liquid, a so-called Coulomb phase, on top of a magnetic monopole crystal. In a Nature Physics publication it is reported that, by means of neutron scattering measurements, such fragmentation occurs in the spin ice candidate Nd2Zr2O7. A spectacular coexistence of an antiferromagnetic order induced by the monopole crystallization and a fluctuating state with ferromagnetic correlations is observed. Experimentally, this fragmentation manifests itself through the superposition of magnetic Bragg peaks, characteristic of the ordered phase, and a pinch point pattern, characteristic of the Coulomb phase. These results highlight the relevance of the fragmentation concept to describe the physics of systems that are simultaneously ordered and fluctuating.

 

30-12-2016

Nuclear magnetic resonance (NMR) is a powerful but poorly sensitive analytical technique. Major challenges in chemical analysis (the detection of products in very low concentrations or study of isotopic effects, for instance) encourage to explore new approaches to detect and separate weak signals from the main component ones.

In this framework, one approach was studied: instead of applying a radiofrequency pulse to excite the nuclear magnetization, it is possible to analyze the autocorrelation of the noise of the signal at the output of the radiofrequency NMR detection coil, which is, by construction, strongly coupled to the spins of the sample to be analyzed. As part of a collaborative effort with a team from the Johannes Kepler University in Linz (Austria), supported by a joint ANR-FWF grant, a new general theory of this type of detection has been established, showing the large improvement in sensitivity allowed by the nuclear spin-noise technique.

Moreover, a spectral signature due to the inhomogeneity of the high static magnetic field is revealed. Being unaffected by the nonlinear coupling between the magnetization of the sample and the detection coil, it provides an absolute reference for the measured chemical shifts. This improved detection capability could be applied to the measurements of secondary isotopic effects [1].

 

25-03-2016

Le stockage des déchets radioactifs à vie longue est un des enjeux majeurs de la filière nucléaire. Pour ce faire, les éléments radioactifs sont vitrifiés, au sein d'une matrice de verre placée dans un conteneur en acier. Il est ainsi nécessaire de comprendre la dégradation du verre en présence des produits de corrosion de l'enveloppe métallique. Pour ceci, des expériences sont réalisées en laboratoire autour de systèmes modèles, où le verre nucléaire est mis en contact avec des produits synthétisés de corrosion du fer.

Cependant, du fait des durées de stockage considérées, le verre sera en présence de produits de corrosion qui se sont formés au cours des siècles. Afin de se rapprocher au mieux de cette situation, les équipes du LAPA (Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération) et du LCLT (Laboratoire d’Etude du Comportement à Long Terme des matrices de confinement) ont eu l'idée d'étudier la dégradation du verre en présence de produits de corrosion prélevés sur des objets archéologiques corrodés sur plusieurs centaines d’années, dans des conditions anoxiques proches de celles du stockage.

L'étude confirme l'influence du fer sur l'altération du verre. Elle met également en évidence des différences dans les processus d’altération en fonction de la nature des produits de corrosion : avec les produits archéologiques, les effets d'altération du verre sont très atténués ou différent des effets obtenus avec des produits synthétisés en laboratoire. Cette étude permet enfin de pister la migration du fer dans le système, à la fois dans la pellicule d’altération du verre et lors de la précipitation de phases secondaires, le fer jouant le rôle de "pompes à silicium". Ces données sont cruciales pour la modélisation du comportement du verre sur le très long terme pour une meilleure maîtrise du stockage profond des déchets.

 

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