L'IRAMIS et les Grands Instruments
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De par leur activité de Recherche Fondamentale, les chercheurs de l'IRAMIS sont très présents autour des Grands Instruments de la Recherche français et étrangers : le Laboratoire Léon Brillouin (LLB), au sein de l'IRAMIS, et  l'Institut Laüe-Langevin, les synchrotrons (SOLEIL, ESRF, ELETTRA....) ou encore le GANIL avec les sources d'ions du CIMAP.

Les plateformes LASER du LIDYL font parties de LASERLAB-EUROPE (Integrated Initiative of European Laser Research Infrastructures). Les compétences en neutronique du LLB contribuent à la réalisation de 6 instruments autour de la source de neutrons européenne à spallation ESS.

 
#630 - Màj : 24/06/2020
Faits marquants scientifiques

A. C. Ferreira, S. Paofai, A. Létoublon, J. Ollivier, S. Raymond, B. Hehlen, B. Rufflé, S. Cordier, C. Katan, J. Even & P. Bourges
 

Hybrid organolead perovskites (HOP) have started to establish themselves in the field of photovoltaics, mainly due to their great optoelectronic properties and steadily improving solar cell efficiency. Study of the lattice dynamics is key in understanding the electron-phonon interactions at play, responsible for such properties. Here, we investigate, via neutron and Raman spectroscopies, the optical phonon spectrum of four different HOP single crystals: MAPbBr3, FAPbBr3, MAPbI3, and α-FAPbI3. Low temperature spectra reveal weakly dispersive optical phonons, at energies as low as 2-5 meV, which seem to be the origin of the limit of the charge carriers mobilities in these materials. The temperature dependence of our neutron spectra shows as well a significant anharmonic behaviour, resulting in optical phonon overdamping at temperatures as low as 80 K, questionning the validity of the quasi-particle picture for the low energy optical modes at room temperature where the solar cells operate.

https://www.nature.com/articles/s42005-020-0313-7

La physique de la matière condensée repose sur quelques concepts fondateurs, comme le paradigme de Néel (avec sa description des ordres magnétiques classiques), la théorie des liquides de Fermi (avec le concept de quasi-particule), et la théorie de Landau des transitions de phases (mettant en exergue le concept de brisure spontanée de symétrie). Toutefois, de nouvelles découvertes bouleversent ces dogmes, mettant en lumière le rôle des fortes corrélations entre quasi-particules, la découverte de transitions de phase topologiques, ou l’observation de nouveaux états de la matière.

Ce sont par exemple les liquides ou glaces de spin, les états de boucle de courant dans certains oxydes, ou la description de nouvelles transitions de phase, sans symétrie brisée, mettant en jeu le confinement/déconfinement d’objets topologiques comme les vortex. Ceci suscite et motive toujours plus avant l’étude de la matière et des "matériaux quantiques", pour acquérir de nouvelles connaissances fondamentales et en tirer le meilleur parti pour des applications diverses. Ces nouveaux états de la matière se rencontrent dans des conditions ultimes et notamment aux très basses températures, dans la gamme du milliKelvin (mK).

Dans cette optique, et pour accompagner cette recherche, notre équipe du LLB responsable de l’opération du diffractomètre de neutrons G4-1 (LLB-Orphée) a fait l’acquisition d’un nouvel appareil permettant de réaliser des mesures de diffraction des neutrons jusqu’à des températures ultra-basses (40 mK).

 

 

B. Annighöfer , A. Hélary, A. Brulet, A. Colas de la Noue, C. Loupiac and S. Combet
Review of Scientific Instruments 90 (2019) 025106

Abstract :

We report on a high pressure (HP) cell designed for the determination of the structure of molecular solutions by small-angle neutron scattering (SANS). The HP cell is fitted up with two thick metallic windows that make the device very resistant under hydrostatic pressures up to 600 MPa (or 6 kbar). The metallic windows are removable, offering the possibility to adapt the HP cell to a given study with the pressure desired on an appropriate spatial range to study the structure of various molecular solutions by SANS. In this context, we report the absorption, transmission, and scattering properties of different metallic windows. Finally, we describe, as a proof of principle, the solution structure changes of myoglobin, a small globular protein.

https://doi.org/10.1063/1.5051765

Cationic thermoresponsive poly(n-vinylcaprolactam) microgels synthesized by emulsion polymerization using a reactive cationic macro-raft agent
L. Etchenausia, E. Deniau, A. Brûlet, J. Forcada and M. Save,  Macromolecules  (2018) sous presse

Abstract :

A series of reactive poly([2-(acryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride) (P(AETAC)) cationic polymers with varying degrees of polymerization were synthesized by RAFT/MADIX polymerization and investigated as stabilizers for the emulsion polymerization of N-vinylcaprolactam (PVCL) in the presence of a cross-linker. It was demonstrated that the xanthate chain end of the cationic P(AETAC-X) polymers played a crucial role to produce stable cationic PVCL-based microgels at higher initial solids content (5–10 wt %) than usually reported for the synthesis of PVCL microgels. The thermoresponsive PVCL microgels with cationic shell undergo a reversible volume shrinkage upon heating in the absence of any hysteresis in accordance with the narrow particle size distribution.

The values of the volume phase transition temperature ranged between 28 and 30 °C for the microgels synthesized using 4 and 8 wt % of P(AETAC-X) based on VCL. The presence of a cationic outer shell onto the microgels was evidenced by the positive values of the electrophoretic mobility. The swelling behavior of the thermoresponsive microgel particles can be tuned by playing on two synthesis variables which are the initial solids content and the content of P(AETAC-X) macro-RAFT stabilizer. Furthermore, the inner structure of the synthesized microgels was probed by transverse relaxation nuclear magnetic resonance (T2 NMR) and small-angle neutron scattering (SANS) measurements. The fit of T2 NMR data confirmed a core–shell morphology with different cross-linking density in PVCL microgels. Through the determination of the network mesh size, SANS was suitable to explain the increase of the values of the PVCL microgel swelling ratios by increasing the initial solids content of their synthesis.

Neutron experiments conducted by the Institut Laue-Langevin (ILL) and CNRS researchers, and performed on the neutron time-of-flight spectrometer (IN5@ILL) and 2T triple axis spectrometer at the Laboratoire Léon Brillouin (LLB), provide a direct quantitative measurement of phonon lifetimes in polymeric cage molecules, giving a novel picture of thermal conductivity in complex materials.

This study highlights the importance of neutron techniques in overcoming the challenging task of accessing and therefore successfully measuring phonon lifetimes.

 

Stehane Longeville et Laura-Roxana Stingaciu

Translational diffusion of macromolecules in cell is generally assumed to be anomalous due high macromolecular crowding of the milieu. Red blood cells are a special case of cells filled quasi exclusively (95% of the dry weight of the cell) with an almost spherical protein: hemoglobin. Hemoglobin diffusion has since a long time been recognized as facilitating the rate of oxygen diffusion through a solution. We address in this paper the question on how hemoglobin diffusion in the red blood cells can help the oxygen capture at the cell level and hence to improve oxygen transport. We report a measurement by neutron spin echo spectroscopy of the diffusion of hemoglobin in solutions with increasing protein concentration. We show that hemoglobin diffusion in solution can be described as Brownian motion up to physiological concentration and that hemoglobin diffusion in the red blood cells and in solutions at similar concentration are the same. Finally, using a simple model and the concentration dependence of the diffusion of the protein reported here, we show that hemoglobin concentration observed in human red blood cells (≃≃330 g.L−1) corresponds to an optimum for oxygen transport for individuals under strong activity.

Au quotidien, les aimants permanents sont partout présents dans les dispositifs technologiques qui nous entourent. Aujourd’hui, il y en a 4 types principaux sur le marché mondial : NdFeB, ferrite, SmCo et AlNiCo, dont 65% contiennent des terres rares, essentiellement du néodyme. Depuis 2008, la Chine a établi un monopole de production des terres rares avec près de 95 % de la production mondiale, ce qui a entrainé une forte augmentation des prix ces dernières années. Suite aux restrictions de la Chine sur ses exportations, ce problème d’approvisionnement en terres rares est là pour durer.

Il y a donc un fort enjeu économique à trouver des alternatives à l'emploi des terres rares dans les aimants permanents. Une des voies, sur laquelle les équipes du LLB, de l’INSA de Toulouse et de l'ITODYS travaillent en collaboration, est d’utiliser l’anisotropie de forme pour augmenter la coercivité des matériaux. Il s’agit d’une idée ancienne, déjà utilisée en autre dans les aimants AlNiCo. Les progrès récents dans la synthèse de nano-objets magnétiques ont permis de revisiter l’idée et de l’appliquer à des métaux simples. Il a ainsi été possible de concevoir des matériaux à base de cobalt, ayant des propriétés intrinsèques équivalentes à celles des meilleurs aimants SmCo.

 

 

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