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Les techniques de diffraction permettent de sonder l'ordre dans la matière. Pour ceci, on fait interagir une onde dont la longueur d'onde λ est comparable à la taille du motif cristallin élémentaire de l'échantillon. Ce peut être une onde électromagnétique (rayons X, lumière Laser) ou des particules (électrons, neutrons ou des atomes d'hélium).

X-ray Photoelectron Diffraction(XPD)

Diffraction
Diffusion des Rayons X aux petits angles / Small Angle X-Rays Scattering (SAXS)
X-rays are used to investigate the structural properties of solids, liquids or gels. Photons interact with electrons, and provide information about the fluctuations of electronic densities in heterogeneous matter. A typical experimental set-up is shown on Figure : a monochromatic beam of incident wave vector is selected and falls on the sample. The scattered intensity is collected as a function of the so-called scattering angle 2 teta.

A high sensitivity Small Angle X-Ray Scattering (SAXS) experiment

High resolution calibrated Ultra Small Angle X-ray Scattering (USAXS) on a laboratory source

Molybdenum Wide Angle X-Ray Scattering (WAXS)

SWAXS Lab -Saclay : The SAXS/ GISAXS/ X-ray reflectomer beamline

What is measured in a Small Angle X-ray Scattering (SAXS) ?

Workshop SAXS en laboratoire 2012

Les neutrons permettent de sonder la matière et leur sensibilité aux éléments légers et au magnétisme en font une sonde unique et originale. A l'IRAMIS , l’utilisation de la spectrométrie neutronique dans divers domaines de la recherche fondamentale et appliquée est développée autour du Laboratoire mixte CEA-CNRS Léon Brillouin autour du réacteur Orphée à Saclay.

Activités instrumentales nationales et internationales du LLB - National and internatonial instrumental activities @ LLB

IMAGINE

Neutron Spin Precession Spectroscopy

Projets du LLB pour ESS - ESS projects @ LLB

SONATE: an accelerator-driven neutron source

Neutrons
Synthèse chimique et outils de caractérisation : molécules, nanomatériaux et cristaux /  Chemical synthesis and caracterisation tools: molecules, nanomaterials and crystals
Les laboratoires de l'IRAMIS maitrisent de nombreux procédés de synthèse chimique en phase gaz (production de nanoparticules) ou en solution (molécules, catalyseurs...), avec l'objectif de développer de nouveaux procédés chimiques (chimie verte, énergie, recyclage...), d'élaborer des nanomatériaux, ou encore pour obtenir des cristaux de céramiques de haute qualité  (supraconducteurs notamment).

Analyses thermogravimétriques au LEDNA

Synthesis and physico-chemical characterization of solid state materials @SPEC/LNO

Laboratory experiments are increasingly composed of electronic hardware and computer controlled. In most cases the quality of the equipment (mechanical, electronics) is very good but the software is inadequate and not very flexible to the needs of researchers. LIONS chose to use the open source control system  TANGO developed by a collaboration of European synchrotrons ans scientific institutes (ESRF, SOLEIL...).

Android application for TANGO control system : TANGOwatch

Python interface for TANGO

TANGO Device server concept

Using TANGO for controlling a microfluidic system with automatic image analysis and droplet detection

Control command system for experiments with TANGO
Dépôts, croissance, films minces
Les nanotechnologies requièrent de réaliser des édifices complexes à l'échelle atomique. Ceux-ci sont généralement réalisées par dépôts sur un substrat (métal ou oxyde).

AO-MBE Oxydes à SPEC / LNO

Croissance par ablation laser pulsée femto-seconde d’hétérostructures à base d’oxydes pour la SPINtronique (CALPHOSPIN)

L'électrochimie est utilisée dans une large diversité de situations, que ce soit pour analyser des processus (corrosion, mécanismes de réactions en solution, etc... ) ou pour caractériser des matériaux -entre autre pour l'énergie.
A l’IRAMIS,  l’électrochimie est utilisée dans une large diversité de situations, que ce soit pour analyser des processus  (corrosion, mécanismes de réactions en solution, etc... ) ou pour caractériser des matériaux. Dans ce dernier volet, l’iramis a de nombreuses activités en électrocatalyse, dans les batteries, ou en biodétection.

Aqueous chemical growth of nanostructured oxide films

Banc de mesure de la photo-électrolyse de l’eau / spectroscopie d’impédance

Electrochimie
Magnétométrie
Les propriétés magnétiques des monocristaux ou films minces peuvent être étudiées par magnétométrie à échantillon vibrant (VSM ou "Vibrating Sample Magnemotry") ou effet Kerr (MOKE).

Banc multiferroïque

Dispositif d’effet Kerr sous ultravide (SMOKE : Surface Magneto-Optic Kerr Effect)

Magnétomètre à très basses températures/ Dilution-refridgerated SQUID magnetometer

Plusieurs types de microscopies électroniques sont disponibles à l'IRAMIS : - Microscopie à transmission (TEM : Transmission Electron Microscope), qui permet d'atteindre les plus hautes résolutions par diffusion/difffraction d'un faisceau d'électrons à travers un échantillon ultra-mince - Microscopie MEB et MEB-FEG (SPAM et SIS2M), ou microscopie à balayage, pour laquelle un faisceau d'électrons balaye la surface  de l'échantillon permettant d'obtenir une image de sa surface.

Development of novel XPEEM (spatial,momentum and energy resolved)

Microscopies électroniques TEM, MEB et LEEM/PEEM
Spectroscopies électroniques
L'éclairement, par un rayonnement suffisamment énergétique, de la surface d'un matériau peut conduire à l'émission d'électrons dont la spectroscopie (étude en énergie) apporte des informations sur la composition de la surface étudiée.

Development of novel XPEEM (spatial,momentum and energy resolved)

Spectrométrie de photoélectrons X (XPS)

X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)

X-ray photoelectrons spectroscopy (XPS)

Neutron diffusion make possible to probe the matter and its sensitivity to the light elements and to magnetism make it a single and original probe. Within IRAMIS, neutron spectrometry is used in various fields in fundamental and applied research and is developed around the CEA-CNRS Laboratory Leon Brillouin (LLB) around the Orphée reactor in Saclay. Neutrons are mainly intended for the study of condensed matter.

Diffraction on disordered materials

IMAGINE

Inelastic scattering

Instrumental Neutron Activation Analysis

Neutron scattering for materials sciences

Powder diffraction

Quasi-elastic scattering

Reflectivity

Single crystal diffraction

Small Angle Neutron Scattering (PA)

SONATE: an accelerator-driven neutron source

Neutrons
Mass spectrometry is an instrumental technique of analysis resting on the separation, identification and quantification of the components of a sample according to their mass. Thus atoms, molecules or aggragates are extracted in the form of ions, then sorted by a dispersive system: sector of electric or magnetic field, quadripolar filter or time of flight.

Inductively coupled mass spectrometry (ICP-MS) Analysis

Mass spectrometry
La RMN à l 'IRAMIS
Patrick Berthault (NIMBE), Hervé Desvaux (IRAMIS/Dir), C. Fermon (SPEC)
Voir aussi le dossier complet (2008) : RMN à l'IRAMIS     La RMN est devenue une méthode alternative à la diffraction des rayons X pour l’étude des protéines et une méthode de choix dans la caractérisation des produits chimiques de synthèse et l’étude des matériaux désordonnés comme les verres, les polymères ou les bétons.

Instrumental setups @ LSDRM

Noble gas spin-exchange optical pumping (SEOP) setup in a van

Les microscopies en champ proche couvrent un ensemble de techniques permettant de visualiser la surface des matériaux à l'échelle nanométrique.

Interdisciplinary Multiscale Platform (IMP) Collaborators

Microscopies à sonde locale
Instrumentation
Pour les besoins de leurs recherches, les équipes de l'IRAMIS développent une instrumentation originale.

Intrumentation électronique du LETS / Some LETS's electronic instruments

La microsonde nucléaire est un outil d’analyse non destructif permettant la caractérisation élémentaire d’échantillons de nature solide de provenances très diverses, et ce à l’échelle du micromètre : interfaces et grains de matériaux de synthèse, monocouches cellulaires, inclusions dans des échantillons géologiques terrestres et extra-terrestres… La méthode repose sur la détection et la spectrométrie des rayonnements émis par l’interaction d’un microfaisceau d’ions légers avec les atomes composant les éléments majeurs et trace des échantillons.

Ion by Ion irradiation facility

Analyse par faisceaux d'ions : la microsonde nucléaire
Transport measurements
A phenomenon of transport is due to a force whose origin can be varied (electric or magnetic field, gradient of concentration, pressure etc...). Under the heading "transport measurements" are gathered various associated measurement techniques which can be flux measurements (heat, particles, electrical current, etc...), or statistical methods.

magneto-transport properties measurement system

The magnetic properties of bulk samples and thin films can be studied by Vibrating Sample Magnetometry (VSM) or Magneto-optic Kerr effect (MOKE). Two VSM measuring devices are available in the IRAMIS: - One device in SPEC - One device in SPCSI   For research on low TC superconductors or more generally on electronic and magnetic matter properties at very low temperature,  specific equipments are developped, like a dilution-fridge equipped SQUID magnetometer.

Magnétomètre à très basses températures/ Dilution-refridgerated SQUID magnetometer

Surface Magneto-optic Kerr Effect

Vibrating sample magnetometry

Magnetometry
Deposition, growth, thin films
The nanotechnologies require to build complex heterostructures at an atomic scale. Those are generally carried out by deposition on a substrate (metal or oxide). The control of the physical phenomena of the growth and the realization of dots or thin films of well defined structure is one of the keys of the realization of new devices with new properties. The teams of the DRECAM largely use the various techniques of deposition, control of the growth and analyses and contribute to develop them.

Molecular beam epitaxy

Les rayons X, rayonnement électromagnétique au delà de l'ultra-violet lointain, couvrent une gamme de longueur d'onde autour du dixième de nanomètre. Cette distance est de l'ordre de la distance entre atomes dans la matière condensée. Ainsi les rayons X peuvent interagir avec ces atomes (diffraction) ou les électrons (diffusion).

Molybdenum Wide Angle X-Ray Scattering (WAXS)

Workshop SAXS en laboratoire 2012

Rayons X
X-rays
x-rays, electromagnetic radiation beyond the remote ultraviolet ray, cover a range wavelength around the tenth of nanometer. This distance is about the distance between atoms in the condensed matter. The diffraction of x-rays thus makes it possible to probe the matter, and to obtain information on the structure, the order and the composition of materials.

Molybdenum Wide Angle X-Ray Scattering (WAXS)

Workshop SAXS en laboratoire 2012

X-ray photoelectrons spectroscopy (XPS)

Near field microscopies
Near field microscopies cover a whole of techniques making it possible to visualize the surface of materials at a nanometric scale. These microscopies gather: - Scanning Tunneling Microscopy (STM) - Atomic Force Microscopy (AFM) - Magnetic Force Microscopy (MFM) All these techniques have in common the positioning nanometric of a tip on top of the sample whose position is controlled according to the selected signal (current, force).

Scanning tunneling microscopy

Permanents impliqués : Mickaël Bouhier, Jean-Charles Méaudre. La Reflectance Transformation Imaging (RTI), ou imagerie de transformation par réflectivité, est une méthode d’imagerie basée sur la compilation de clichés dont la seule variable est l’orientation de la source lumineuse. Cette technique, dite 2.
Elaboration d'un outil d'acquisition RTI open source (Reflectance Transformation Imaging)
Fonctionnalisation de surface / surface functionnalisation
Si les surfaces possèdent intrinsèquement des propriétés intéressantes (propriétés optiques ou magnétiques, interface électronique, catalyse, fonction biologique, ...), des fonctions spécifiques peuvent être ajoutées par nanostructuration, ou en déposant un revêtement, ou encore par l'adsorption ou le greffage de molécules aux propriétés spécifiques.
The nuclear microprobe is a non-destructive analysis tool allowing elemental characterization at the micrometer scale of solid samples of diverse origins: interfaces and grains of synthesized materials, cellular monolayers, inclusions in terrestrial and extraterrestrial geologic samples… The method relies on the detection and spectrometry of emitted radiations by the interaction of a light ion micro-beam with the atoms composing the major elements or traces of the samples.
Ion beam analysis : the nuclear microprobe
La radiolyse de l'eau
Dès le début de la découverte de la radioactivité, les chercheurs se sont intéressés aux effets chimiques provoqués par les rayonnements. Malgré la faiblesse des sources radioactives de l'époque qui rendait les expériences quantitatives pratiquement impossibles, on a trouvé que l'eau irradiée par les rayons a du radium se décomposait en formant de l'hydrogène et de l'oxygène.
The LAPA developed for re-corroding archaeological systems, originals setups, allowing to continue century old corrosion process in the lab and under labeled environments. One way to get reliable knowledge about long term corrosion is to perform re-corrosion experiments. From natural sites, known for their chemical stability for years, corroded samples are picked up and then submitted to experiments.
Laboratory re-corrosion experiments using stables isotopes in NIMBE/LAPA
Laser
The femtosecond laser facilities of the DRECAM offer to the national and european researchers, ultra short pulse duration and high intensity laser lines instrumented by numerous diagnostics. These laser beams allow studies on high intensity laser matter interactions as well as two colours experiments. This laser platform provides power peaks until 10TW, intensities of 1019W/cm2 and pulse durations about 35fs.
  The microfluidics is the science and technology of systems that process or manipulate small amounts of fluids (nanoliter to attoliter), using channels with dimensions of tens to hundreds of micrometers. Since a decade microfluidics is become a powerful tool for fundamental and applied researches. Microfluidics influence subject areas from chemical synthesis and biological analysis to optics and information technology.
Microfluidics
Raman microspectroscopy at NIMBE/LAPA
The Raman microspectrometry is an analytical device of primary importance to characterize the crystalline structure of materials. It is a complementary technique to micro X-ray diffraction. This technique is well suited to characterize and determine the distribution of the phases formed in the corrosion layers of iron or steels during very long periods in various environments. Iron oxides, oxy-hydroxides and carbonates are the main phases encountered in these systems.
The researches of the DRECAM are based both on physical and chemical experimentation and on significant theoretical developments. These developments and the comparison with the experiment allow the understanding of the phenomena and the model validation and support lot of research works.
Theory
Time-resolved techniques for the study of biological molecules
The specificity of the group is the use of high-performing time-resolved spectroscopy. DNA and its constituents are fragile systems so particular care is taken with regards to excitation energy and sample handling. Time-resolved fluorescence (fluorescence decays, fluorescence anisotropy decays and time-resolved fluorescence spectra) can be recorded from 100 fs to 100 ns using a combination of two detection techniques; fluorescence upconversion and time-correlated single photon counting.

 

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