CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé

Faits marquants scientifiques 2020

16 octobre 2020
Le graphène, un matériau bidimensionnel constitué d’un plan d’atomes de carbone, possède des propriétés physiques remarquables qui le rendent très attractif pour des applications dans de nombreux domaines. Au-delà des propriétés intrinsèques de ce matériau, on cherche aujourd’hui à lui donner de nouvelles fonctionnalités en modifiant sa structure atomique ou sa composition chimique. L’intégration de sites atomiques actifs pour des réactions chimiques permet d’envisager des applications pour l’énergie, la catalyse, la chimie ou l’électronique moléculaire. Une des méthodes très étudiées pour fonctionnaliser le graphène consiste à le doper en remplaçant des atomes de carbone par des atomes d’azote. L’utilisation de ce dopage pour contrôler le transfert de charge entre le graphène et des molécules et ainsi réaliser une réaction d’oxydoréduction restait à étudier en détail par une mesure directe à l’échelle atomique.

 

09 juillet 2020
Ce travail, publié dans  Appl. Phys. Lett. 116, 141605 (2020), présente l’exploration de la surface d’énergie potentielle de la face carbone du SiC. Depuis la première observation expérimentale en 1997 d’une reconstruction 3 × 3 sur cette surface, le modèle atomique sous-jacent reste l’objet de débat. Grâce à une exploration intensive basée sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), il est montré que cette reconstruction est issue d’une sur-couche ordonnée d’atomes de silicium, formant un réseau honeycomb-kagomé (voir figure ci-dessous).

 

27 avril 2020

Le contrôle et la manipulation du courant électronique et en particulier, de sa polarisation en spin à l’échelle atomique, constituent des objectifs importants en vue de futures applications en nanoélectronique et spintronique. En outre, l’implication d’effets quantiques fondamentaux tels que les interférences (destructives ou constructives) pour filtrer efficacement des électrons selon leur spin  (filtrage de spin) représente un très grand intérêt fondamental.

Les chercheurs du groupe Modélisation et Théorie du SPEC viennent de proposer diverses réalisations de jonctions à molécule unique dans lesquelles les interférences quantiques jouent un rôle déterminant dans le filtrage de spin au niveau de Fermi, menant ainsi à des courants fortement polarisés en spin.

27 août 2020

L’interaction de la lumière visible avec un objet métallique conducteur se traduit par un large spectre d’absorption, pouvant présenter des résonances "plasmon" qui correspondent à des oscillations collectives des électrons proches de la surface du métal. Lorsqu’un tel "plasmon de surface" est excité, une grande quantité d’énergie peut se concentrer autour de points localisés, à une échelle nanométrique bien inférieure à la longueur d'onde utilisée. Il est alors possible de mettre à profit ces résonances pour façonner la matière par des réactions de chimie locale, en particulier des réactions photosensibles.

Les travaux rapportés ci-dessous illustrent l’emploi de tels concentrateurs de lumière comme supports de réactions de photopolymérisation pour la fabrication de nano-objets hybrides d’intérêt technologiques, tels que des capteurs biochimiques, des sources de lumière nanométriques et des interrupteurs pour la photonique.

24 juin 2020

À la fois organiques et métalliques, les nanoparticules hybrides offrent une large palette de propriétés pour des applications allant de la biodétection à la photonique. Elles restent cependant difficiles à synthétiser et à fonctionnaliser avec précision.

Une large collaboration rassemblant des chercheurs des deux UMRs  CEA-CNRS SPEC et NIMBE, de l’IS2M (CNRS/Université Haute Alsace), du L2n (CNRS/UTT) et de l’ICR (CNRS/Aix Marseille Université), a développé une méthode efficace et précise pour leur donner de nouvelles propriétés, comme les rendre hydrophobes. Pour cela, les chimistes passent par deux étapes successives de polymérisation par la lumière, révélant des fonctions dormantes, permettant d’induire de nouvelles réactions en surface.

08 juillet 2020
Contacts SPEC : Dana Stanescu, Helene Magnan, Jean-Baptiste Moussy, Cindy Rountree, Antoine Barbier

Les matériaux ferroélectriques ont connu un essor considérable en raison de leurs applications potentielles dans des domaines comme la spintronique ou la conversion de l’énergie solaire1–3. Au SPEC nous avons étudié le rôle des interfaces, du substrat et des couches d’oxyde supérieures sur les propriétés ferroélectriques des hétérostructures à base des couches minces de BaTiO34. Nous avons mis en évidence l’influence du substrat sur l’état rémanent ferroélectrique de l’hétérostructure suite à la polarisation électrique réalisée avec une pointe conductrice de microscopie à force piézoélectrique en contact avec la surface. Nous avons ainsi montré l’existence d’une déformation plastique réelle, induite lors d’une forte polarisation électrique dont l’amplitude dépend du signe de la polarisation et de la nature (oxyde ou non) du substrat.  Il en résulte dans tous les cas une augmentation de la résistance électrique, expliquée à son tour par des migrations de lacunes d’oxygène aux interfaces.

11 février 2020

Les progrès continus dans l'exploration du magnétisme permettent de proposer de nouveaux dispositifs pour le traitement, le transfert ou le stockage de l'information.

Les matériaux antiferromagnétiques et multiferroïques présentent une structure en domaines ferroélectriques. La présente étude montre que la perte locale de symétrie au niveau des parois séparant ces domaines permet l'émergence d'embryons de skyrmions antiferromagnétiques, vortex local de spin chiral (avec un enroulement droite ou gauche des spins) de très petite taille.

L’étude montre ainsi toute la richesse des parois multiferroïques, pour un nouveau pas vers une spintronique topologique et antiferromagnétique, pouvant permettre de réaliser des dispositifs de traitement de l'information originaux et performants : la mémorisation de la valeur d'un bit sur un skyrmion permettrait le stockage magnétique de l'information avec une très haute densité.

 

18 septembre 2020
Researchers from SPEC (in collaboration with the C2N and the University of Genoa) have observed the fading and partial reappearance of an electron injected at a finite energy into chiral one dimensional electronic channels propagating along the edges of a two dimensional electron system. These results will help elucidating to which extent these electrons can be used to implement the electronic analogues of quantum information experiments done with photons.

23 mai 2020

Au sein d'un échantillon solide, réduire la température des spins est une bonne méthode pour améliorer le signal de RMN ou de RPE, puisque cela favorise leur polarisation selon la direction imposée par le champ externe appliqué. L'équipe du SPEC propose une méthode très générale et vient de montrer expérimentalement qu'il est possible de refroidir une assemblée de spins à une température inférieure à celle du cristal qui les porte, du fait de leur couplage avec le champ électromagnétique au sein d'une cavité microonde résonante accordée.
La méthode brevetée peut s'appliquer à tout système de spins électroniques pouvant être amenés en régime d'effet Purcell, où la relaxation des spins électroniques est dominée par la voie radiative.

 

08 juillet 2020
Contacts SPEC : Dana Stanescu, Helene Magnan, Jean-Baptiste Moussy, Cindy Rountree, Antoine Barbier

Les matériaux ferroélectriques ont connu un essor considérable en raison de leurs applications potentielles dans des domaines comme la spintronique ou la conversion de l’énergie solaire1–3. Au SPEC nous avons étudié le rôle des interfaces, du substrat et des couches d’oxyde supérieures sur les propriétés ferroélectriques des hétérostructures à base des couches minces de BaTiO34. Nous avons mis en évidence l’influence du substrat sur l’état rémanent ferroélectrique de l’hétérostructure suite à la polarisation électrique réalisée avec une pointe conductrice de microscopie à force piézoélectrique en contact avec la surface. Nous avons ainsi montré l’existence d’une déformation plastique réelle, induite lors d’une forte polarisation électrique dont l’amplitude dépend du signe de la polarisation et de la nature (oxyde ou non) du substrat.  Il en résulte dans tous les cas une augmentation de la résistance électrique, expliquée à son tour par des migrations de lacunes d’oxygène aux interfaces.

12 juin 2020

Des chercheurs de SPEC/SPHYNX, du CNRS-Université de la Sorbonne/PHENIX et du LLB/MMB publient une étude complète sur des suspensions colloïdales modèles dans un liquide ionique. Le système, constitué de nanoparticules magnétiques de type maghémites (Fe2O3) dans du nitrate d'éthylammonium, est étudié sur une large gamme de concentrations, en analysant sa structure à l'échelle nanométrique, sa thermodiffusion et sa thermoélectricité. Ces propriétés sont toutes influencées par l'organisation interfaciale des espèces à proximité de l'interface solide-liquide. L'étude ouvre une nouvelle voie pour optimiser la thermoélectricité des colloïdes pour la récupération de chaleur résiduelle.

Elle a été retenue pour illustrer la couverture de ChemEngineering Volume 4, numéro 1 (mars 2020) [1].


Researchers from SPEC/SPHYNX, CNRS-Sorbonne University/PHENIX and LLB/MMB have recently published a comprehensive study on model colloidal suspensions in ionic liquid. The system, consisting of maghemite magnetic nanoparticles (Fe2O3) in ethylammonium nitrate, is studied on a large concentration range, analyzing its nanostructure, thermodiffusion and thermoelectricity. These properties are all influenced by the interfacial organization of the species near the solid–liquid interface. The study has become the ‘cover story’ ChemEngineering Volume 4, Issue 1 (March 2020) [1], and paves a new path for tuning thermoelectricity of colloids, in the context of waste-heat harvesting.

 

 

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