CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé


23 novembre 2017

Le site WEB du projet COSMICS.

L'équipe SPEC/GMT du CEA coordonne le projet européen H2020 Fet-Open "Cosmics" (Concepts and tools in molecular spintronics) dont la réunion de lancement s'est tenue les 27 et 28 novembre 2017. Issu d’un appel d’offres très sélectif, ce projet porte sur la recherche de nouveaux dispositifs hybrides, associant molécules et électrodes magnétiques métalliques, qui pourra enrichir la conception de composants électroniques miniaturisés.

07 novembre 2017

Il est montré que la manipulation d’un atome et d’une molécule à l’aide d’un microscope à effet tunnel permet la construction d’un nano-objet sur une surface, dont les propriétés électroniques sont modulables en fonction de la position relative de ses deux composants.

Cette étude illustre les multiples potentialités d'une chimie de piègeage (Trapping chemistry), permettant de moduler les propriétés mécaniques et réactives des molécules, par une maitrise fine des transferts de charge au sein du nano-objet constitué.

09 février 2017
Des physiciens viennent de montrer qu’en connectant un fil moléculaire conducteur à une électrode de graphène, il est possible de réduire de manière importante l’atténuation du courant électrique à la jonction entre la molécule et l’électrode.

 

En utilisant des molécules comme composants élémentaires, le domaine de l’électronique moléculaire met directement à profit les propriétés quantiques des molécules. La synthèse chimique permet alors d’ajuster ces propriétés et d’élaborer des architectures variées. Toutefois, à cette échelle et dans ces nouveaux composants, la circulation du courant électrique est bien moins aisée que dans les conducteurs métalliques ou semi-conducteurs : une jonction moléculaire atténue fortement la propagation du courant. Et surtout, cette atténuation augmente exponentiellement [1] avec la longueur de la molécule. Une équipe internationale de physiciens du Service de physique de l’état condensé (SPEC, CNRS/CEA), de l’Université de Liverpool au Royaume-Uni et de l’Université Xi’an-Jiaotong-Liverpool en Chine, viennent de trouver une parade à ce problème en remplaçant l’électrode métallique traditionnelle par une électrode en graphène. Ils ont ainsi observé une nette augmentation du courant mesuré en fonction de la longueur de la molécule. Cette augmentation représente un facteur 2 par rapport à ce qui était connu dans les jonctions moléculaires classiques métal/molécule/métal. Ces résultats supportés par un modèle théorique ont fait l’objet d’une publication dans Nano Letters.

16 mai 2017

Les nanoparticules de métaux nobles présentent d’étonnantes propriétés optiques accessibles à tout un chacun au travers des couleurs chatoyantes des vitraux médiévaux. Dans cet exemple, le rendu des couleurs est lié à l’occurrence de résonances plasmons, une oscillation collective des électrons de conduction du métal sous l’influence d’un champ électromagnétique externe, ici la lumière du jour. Au-delà du domaine artistique, la plasmonique offre la possibilité de manipuler la lumière à l’échelle du monde nano. Cette perspective impose de comprendre plus avant la physique régissant ce phénomène, de concevoir des modèles théoriques susceptibles d’appréhender l’optique de petits objets et de développer des méthodes de caractérisations expérimentales haute résolution du champ proche optique.

Nos travaux visent à répondre à ces trois attentes. Sur un plan théorique, l’ingénierie du champ proche optique d’objets de tailles nanométriques peut être conduite quantitativement par simulation numérique au moyen de méthodes avancées telles que la méthode des différences finies dans le domaine temporel (Finite Difference Time Domain FDTD) ou l’approximation dipolaire discrète (Discrete Dipole Approximation DDA). Ces méthodes, toutefois, sont lourdes d’implémentation et requièrent des ressources informatiques conséquentes. Ce travail propose une méthode simple d’analyse du champ proche optique basée sur la théorie des groupes. Elle permet de prédire et d’interpréter le comportement plasmonique d’une particule de symétrie finie en quelques minutes seulement.

La première étape consiste en l’identification des symétries de l’objet et du champ excitateur. Ces éléments permettent la détermination des états propres symétriquement adaptés associés aux résonances plasmons de l’objet d’étude selon une démarche équivalente à celle mise en œuvre en chimie pour le calcul des orbitales moléculaires par combinaison d’orbitales atomiques. Ces états représentent la distribution de charges induites à résonance. Les paramètres de l’illumination, c’est-à-dire la longueur d’onde et la polarisation du champ incident, autorisent la manipulation sublongueur d’onde du champ optique par adressage sélectif de modes plasmons.

Ces prédictions sont confrontées aux réponses plasmoniques réelles de nano-objets de différentes géométries et tailles : cube, prisme… étudiées par microscopie de photoémission d’électrons (PhotoEmission Electron Microscopy PEEM), une microscopie électronique non intrusive d’une grande résolution spatiale au regard des grandeurs optiques manipulées.

16 janvier 2017

C’est bien connu, l’or brille et c’est l’une des raisons de son succès ! A l’état de nanoparticule, son aspect "doré" disparait, mais sous forme de nanoparticules il présente des propriétés de luminescence assez inattendues, compte-tenu de son très faible rendement quantique (10-10) pour la réémission d'un photon après excitation.

Ainsi, une très forte luminescence visible (centrée dans le vert) est observée après excitation par des photons infrarouge de nanobâtonnets d'or : le signal d’un bâtonnet unique (10 nm x 40 nm) excède plus précisément de quelques millions le signal d’un fluorophore tel que la fluorescéine. Lors de son travail de thèse, Céline Molaro, a mené des études approfondies qui ont permis d’identifier l’origine de ces effets, et le rôle joué par les modes plasmons des nano-objets uniques étudiés, lors de l'absorption et de l'émission de lumière.

23 octobre 2017
En utilisant un atome artificiel dans le diamant comme détecteur de champ magnétique ultrasensible, des physiciens ont imagé pour la première fois le champ de fuite rayonné par un composé de la vaste famille des antiferromagnétiques. Cette observation leur a permis d’étudier l’effet d’un champ électrique sur la modulation sinusoïdale de l’ordre antiferromagnétique dans un matériau multiferroïque.

 

29 juin 2017

Les matériaux antiferromagnétiques sont susceptibles de jouer un rôle important dans les futurs développements technologiques pour le stockage de l'information, mais leur état magnétique est difficile à sonder et à manipuler. Dans un article paru dans la revue Nature Materials, une collaboration de chercheurs du SPEC-UMR 3680 CEA-CNRS et de Thalès propose une méthode optique d’imagerie par génération de seconde harmonique (SHG) utilisant un laser femto-seconde. La technique a permis de suivre l'évolution de la structure en domaine d'un matériau antiferromagnétique sous l'effet de différents stimuli, champ électrique externe ou excitation optique.

12 avril 2017

Du fait de leur très haute sensibilité, les capteurs magnétiques basés sur le principe de la magnétorésistance géante (Giant Magneto Resistance - GMR) ont de nombreuses applications, principalement dans le domaine de l'engistrement magnétique. Les applications biologiques ne sont pas en reste, puisque l'activité biologique (neuronale, musculaire, ...) s'accompagne de faibles courants électriques, source de très faibles champ magnétiques, que l'on est aujourd'hui capable de mesurer.

Au delà des mesures réalisées en magnétoencéphalographie ou magnétocardiographie, l'équipe du LNO a développé des sondes à base de capteurs GMR qui permettent de mesurer localement un signal magnétique lié à une activité biologique. Le succès des premières mesures in vitro sur des neurones musculaires va permettre de poursuivre les études vers des mesures in vivo de l'activité neuronale.

07 novembre 2017

Les photons intriqués jouent un rôle fondamental pour la compréhension et la vérification expérimentale des aspects les plus spectaculaires de la physique quantique, notamment dans les expériences de violation des inégalités de Bell. En outre, ils constituent des ressources potentielles pour des protocoles de télécommunication et de transmission de l’informatique quantique. Nous avons récemment montré qu’une jonction Josephson polarisée en tension offre une source particulièrement simple et brillante de paires de photons intriqués.

08 mars 2017
Groupe Nanoélectronique

 

Lorsqu’un conducteur quantique est exposé à du rayonnement électromagnétique, ses propriétés de transport sont modifiées par l'interaction entre la lumière et les électrons se propageant dans le conducteur quantique. Une des signatures de cette interaction est l’augmentation du bruit électronique généré par le conducteur alors même qu’aucun courant continu ne passe dans le conducteur. Ce phénomène, appelé bruit photo-assisté, a été prédit et largement exploré dans le domaine micro-ondes, où divers types de conducteurs quantiques ont été exposés à des signaux à des fréquences allant jusqu’à plusieurs dizaines de gigahertz. Le groupe Nanoélectronique du SPEC a mis en œuvre une expérience inédite visant à observer le bruit photo-assisté dans un conducteur en graphène exposé à des radiations dans le domaine terahertz, plusieurs ordres de grandeurs au-delà des observations précédentes. Leurs travaux sont publiés dans Physical Review Letters.

 

07 novembre 2017

Les photons intriqués jouent un rôle fondamental pour la compréhension et la vérification expérimentale des aspects les plus spectaculaires de la physique quantique, notamment dans les expériences de violation des inégalités de Bell. En outre, ils constituent des ressources potentielles pour des protocoles de télécommunication et de transmission de l’informatique quantique. Nous avons récemment montré qu’une jonction Josephson polarisée en tension offre une source particulièrement simple et brillante de paires de photons intriqués.

02 septembre 2017

Dans une expérience de laboratoire, les chercheurs de l’Iramis/SPEC ont observé qu'un écoulement très turbulent pouvait présenter une dynamique chaotique entre plusieurs régimes d'écoulements métastables. Une collaboration SPEC-LSCE propose aujourd'hui un jeu de trois équations déterministes "simples", rendues stochastiques par l'ajout d'un terme aléatoire, qui permet de décrire un tel écoulement au comportement intermittent.

Les simulations, basées sur ce modèle permettent effectivement de décrire le comportement chaotique observé entre plusieurs états métastables, effet que l’on pourrait qualifier de "super-effet papillon". Un bon point de départ pour mieux décrire des phénomènes atmosphériques complexes, comme par exemple la circulation atmosphérique globale !

 

14 mai 2017

Les mouvements de convexion des plasmas ou liquides conducteurs au cœur des étoiles et de certaines planètes sont à l'origine de l'émergence spontanée d'un champ magnétique par effet dynamo. Les chercheurs cherchent à comprendre cet effet par des simulations numériques et au laboratoire par des expériences modèles où des récipients contenant du sodium liquide, bon conducteur électrique, sont soumis à une agitation intense, via des turbines en rotation rapide.

Une équipe internationale incluant des chercheurs du Département d'Astrophysique (CEA-Irfu) et du Service de physique de l'état condensé (CEA-Iramis) a réalisée une simulation inédite, pour reproduire les résultats de l'expérience de dynamo Von-Kármán-Sodium (VKS) (CEA-CNRS-ENS) [1]. L'objectif est d'examiner de façon détaillée comment les tourbillons turbulents créés par le dispositif peuvent générer un champ magnétique. Les chercheurs ont étudié les effets de la résistivité électrique et de la turbulence des fluides sur la génération et la collimation du champ magnétique engendré. L'étude publiée dans le journal Physics of Plasma,  est la première à examiner cet effet à haute résolution.  Ces simulations doivent permettre d'améliorer le dispositif expérimental et la compréhension de ce processus fondamental, abondamment observé dans les étoiles et les planètes.

23 janvier 2017
An international team published in Nature, the discovery and interpretation of a surprising form of biological collective motion:  They observed that millions of motile cells in dense bacterial suspensions can self-organize into highly robust collective oscillatory motion, while individuals move in an erratic manner.  This "weak synchronization" phenomenon presents a novel mechanism of oscillatory behavior in multicellular systems and constitutes a new type of ordered active matter. Experimental evidence, together with a mathematical model developed by theorists Hugues Chaté from CEA-Saclay in France and Xia-qing Shi from Soochow University in mainland China, demonstrate that the self-organized collective oscillatory motion may result from spontaneous symmetry breaking of bacterial motion mediated by purely local interactions between individual cells.

 

 
23 janvier 2017

Une équipe du Service de Physique de l'État Condensé (IRAMIS/SPEC – UMR 3680 CEA-CNRS) est coordinatrice du projet européen H2020 – FET Proactive* MAGENTA, qui est lancé le 23 janvier 2017, pour une durée de 4 ans (2017-2020). Ce projet, financé à hauteur de 5 M€, rassemble 10 partenaires européens, pour ouvrir une nouvelle voie technologique dans la recherche de matériaux et dispositifs magnéto-thermoélectriques, optimisés pour des applications de récupération de chaleur résiduelle.

 

 

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