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Headlines 2011

27-01-2011

 

One of the key research topic in the field of ultra-short laser pulses (femtosecond: 10-15 s) is the stabilization of the position of the carrier envelope (called CEP for "Carrier Envelope Phase"). An innovative device to control CEP fluctuations is offered by the  CEA/SLIC (Saclay Laser-matter Interaction Centre) in collaboration with the Amplitude Technologies Company (AT). It is based on the use of the linear electro-optic (EO) effect, which allows the implementation of a simple, low-cost and compact corrective system with a response time that makes possible operation at high pulse repetition rates.

23-11-2011
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.

24-09-2011
Contact CEA : Pascal Boulanger

A decade after their first synthesis in the laboratory, carpets of aligned carbon nanotubes (CNTs) are being considered in many fields of applications (filtration membranes, passive and active electronic components, composite materials,..) combining CNTs’ individual properties and nano-structuration. But the development of these applications requires a safe, inexpensive process that is applicable over large areas. In this technological approach, the "Edifices nanométriques" (EDNA) group of IRAMIS/SPAM/Laboratoire Francis Perrin has taken an important step in controlling the production of large surfaces, carpets of aligned CNTs with high quality and controllable properties as well as high homogeneity. This is the result of an effort to support basic research for several years by the pioneering team, towards a better understanding of the mechanisms of growth of such nanostructures and thus to control the process.

18-07-2011

(french version Version française)

Stress corrosion - combined action of mechanical stress and corrosion by water from the surrounding atmosphere - is often the cause of crack propagation in glasses. A study by neutron reflectivity at the Laboratoire Léon Brillouin (IRAMIS / LLB) of samples of silica glass fractured under an atmosphere of heavy water (D2O) shows a high penetration of water into the glass. Concentration below the surface of rupture is so important that it suggests the presence of a high damage around the crack tip. These observations show the need to develop new models of stress corrosion.

21-04-2011
Jacques Jestin, Nicolas Jouault, Chloé Chevigny, François Boué, Laboratoire Léon Brillouin, CEA Saclay

One way to strengthen the mechanical properties of plastic materials is to add nanoparticles, forming that way a composite material. A detailed structural study by neutron scattering, coupled with mechanical tests, of polystyrene reinforced with silica particles has been performed at the Laboratoire Léon Brillouin (LLB) at CEA Saclay. It shows the importance to control the concentration and distribution of particles entering in the composition of the material. This model study has many applications, especially in the tire technological domain.

19-04-2011

Measurement of the cardiac electrical activity allows following the heart dynamics. Usually measured with electrodes during an electrocardiogram (ECG), this activity can also be studied by monitoring the magnetic component, induced by the circulation of the heart electric currents. This is called "magnetocardiography (MCG). The exquisite sensitivity of the new magnetic sensors made ​​in IRAMIS / SPEC will contribute to the emergence of this technique, which has the advantage of being contactless, therefore requiring no electrodes and allowing a dynamic imaging of the cardiac cycle by a mapping of the signal.

15-02-2011
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).

30-01-2011

In collaboration with chemists of ENS Lyon and biophysicists of  DSV (IBiTeC-S), a team of LSDRM (IRAMIS/SIS2M) designed a cellular probe taking advantage of the extreme sensitivity of NMR (Nuclear Magnetic Resonance) of hyperpolarized xenon*. The experiment shows the excellent selectivity of the method to detect the chosen molecular target . This work paves the way to an ultra sensitive molecular MRI (Magnetic Resonance Imaging) that can be used in vivo and allowing early detection of extra-intracellular biological events.

 


27-01-2011

 

One of the key research topic in the field of ultra-short laser pulses (femtosecond: 10-15 s) is the stabilization of the position of the carrier envelope (called CEP for "Carrier Envelope Phase"). An innovative device to control CEP fluctuations is offered by the  CEA/SLIC (Saclay Laser-matter Interaction Centre) in collaboration with the Amplitude Technologies Company (AT). It is based on the use of the linear electro-optic (EO) effect, which allows the implementation of a simple, low-cost and compact corrective system with a response time that makes possible operation at high pulse repetition rates.

23-11-2011
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.

18-07-2011

(french version Version française)

Stress corrosion - combined action of mechanical stress and corrosion by water from the surrounding atmosphere - is often the cause of crack propagation in glasses. A study by neutron reflectivity at the Laboratoire Léon Brillouin (IRAMIS / LLB) of samples of silica glass fractured under an atmosphere of heavy water (D2O) shows a high penetration of water into the glass. Concentration below the surface of rupture is so important that it suggests the presence of a high damage around the crack tip. These observations show the need to develop new models of stress corrosion.

15-02-2011
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).

18-07-2011

(french version Version française)

Stress corrosion - combined action of mechanical stress and corrosion by water from the surrounding atmosphere - is often the cause of crack propagation in glasses. A study by neutron reflectivity at the Laboratoire Léon Brillouin (IRAMIS / LLB) of samples of silica glass fractured under an atmosphere of heavy water (D2O) shows a high penetration of water into the glass. Concentration below the surface of rupture is so important that it suggests the presence of a high damage around the crack tip. These observations show the need to develop new models of stress corrosion.

21-04-2011
Jacques Jestin, Nicolas Jouault, Chloé Chevigny, François Boué, Laboratoire Léon Brillouin, CEA Saclay

One way to strengthen the mechanical properties of plastic materials is to add nanoparticles, forming that way a composite material. A detailed structural study by neutron scattering, coupled with mechanical tests, of polystyrene reinforced with silica particles has been performed at the Laboratoire Léon Brillouin (LLB) at CEA Saclay. It shows the importance to control the concentration and distribution of particles entering in the composition of the material. This model study has many applications, especially in the tire technological domain.

24-09-2011
Contact CEA : Pascal Boulanger

A decade after their first synthesis in the laboratory, carpets of aligned carbon nanotubes (CNTs) are being considered in many fields of applications (filtration membranes, passive and active electronic components, composite materials,..) combining CNTs’ individual properties and nano-structuration. But the development of these applications requires a safe, inexpensive process that is applicable over large areas. In this technological approach, the "Edifices nanométriques" (EDNA) group of IRAMIS/SPAM/Laboratoire Francis Perrin has taken an important step in controlling the production of large surfaces, carpets of aligned CNTs with high quality and controllable properties as well as high homogeneity. This is the result of an effort to support basic research for several years by the pioneering team, towards a better understanding of the mechanisms of growth of such nanostructures and thus to control the process.

27-01-2011

 

One of the key research topic in the field of ultra-short laser pulses (femtosecond: 10-15 s) is the stabilization of the position of the carrier envelope (called CEP for "Carrier Envelope Phase"). An innovative device to control CEP fluctuations is offered by the  CEA/SLIC (Saclay Laser-matter Interaction Centre) in collaboration with the Amplitude Technologies Company (AT). It is based on the use of the linear electro-optic (EO) effect, which allows the implementation of a simple, low-cost and compact corrective system with a response time that makes possible operation at high pulse repetition rates.

30-01-2011

In collaboration with chemists of ENS Lyon and biophysicists of  DSV (IBiTeC-S), a team of LSDRM (IRAMIS/SIS2M) designed a cellular probe taking advantage of the extreme sensitivity of NMR (Nuclear Magnetic Resonance) of hyperpolarized xenon*. The experiment shows the excellent selectivity of the method to detect the chosen molecular target . This work paves the way to an ultra sensitive molecular MRI (Magnetic Resonance Imaging) that can be used in vivo and allowing early detection of extra-intracellular biological events.

 



23-11-2011
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.

18-07-2011

(french version Version française)

Stress corrosion - combined action of mechanical stress and corrosion by water from the surrounding atmosphere - is often the cause of crack propagation in glasses. A study by neutron reflectivity at the Laboratoire Léon Brillouin (IRAMIS / LLB) of samples of silica glass fractured under an atmosphere of heavy water (D2O) shows a high penetration of water into the glass. Concentration below the surface of rupture is so important that it suggests the presence of a high damage around the crack tip. These observations show the need to develop new models of stress corrosion.

19-04-2011

Measurement of the cardiac electrical activity allows following the heart dynamics. Usually measured with electrodes during an electrocardiogram (ECG), this activity can also be studied by monitoring the magnetic component, induced by the circulation of the heart electric currents. This is called "magnetocardiography (MCG). The exquisite sensitivity of the new magnetic sensors made ​​in IRAMIS / SPEC will contribute to the emergence of this technique, which has the advantage of being contactless, therefore requiring no electrodes and allowing a dynamic imaging of the cardiac cycle by a mapping of the signal.

 

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