Effet bénéfique de l’irradiation aux électrons sur l’efficacité piézoélectrique de matériaux composites Marie-Claude Clochard et Jean-Eric Wegrowe (LSI)

Du fait de la croissance des micro-dispositifs autonomes, la piézoélectricité apparaît comme une des solutions les plus demandées par les industriels pour alimenter des micro-capteurs sans fil exploitant l’énergie vibrationnelle disponible dans l’environnement (vent, rivières…) ou dans des infrastructures (conduites, ponts…). Pour répondre à ces besoins, le convertisseur énergétique doit être un matériau robuste et flexible. Les matériaux à base de poly-difluorure de vinylidène (PVDF) sont parmi les meilleurs candidats. Cependant, leur principal inconvénient est leur faible permittivité. La tendance actuelle est donc d’incorporer dans la formulation du PVDF des nanomatériaux inorganiques (ZnO, BaTiO₃…), souvent sous la forme de nanofils orientés et parallèles. Cette nanostructuration en nano-fils inorganiques dans du PVDF a été obtenue par un bombardement ionique au GANIL suivi d’une étape d’attaque chimique créant des nanocanaux, et d’un remplissage partiel de ces canaux par électrodéposition au LSI (Fig. ci-dessous).

L’élaboration de tels composites permet d’augmenter d’un facteur 2 la réponse piézoélectrique sous contrainte. Pour aller au-delà, ces composites ont été irradiés avec des électrons engendrant des défauts de type « scission de chaînes » dans le matériau polymère. Le matériau, rendu encore plus flexible, a montré une augmentation significative de sa tension de sortie sous contrainte jusqu’à des doses de 1000 kGy. En cumulant les effets, il en résulte une densité de puissance maximale de 24 µW.cm^-2 (films de 10 µm d’épaisseur, 10 Hz de sollicitation mécanique). Ces performances alliées à des stratégies d’ingénierie au sein des dispositifs (empilement de films, masses oscillantes…) seraient suffisantes pour répondre aux besoins d’industriels partenaires du projet NanoVIBES coordonné par le C2N et auquel le LSI participe (financement Labex NanoSaclay). Un démonstrateur est envisagé.

Contact : Marie-Claude Clochard et Jean-Eric Wegrowe (LSI)

Tests d’une cible Be haute puissance et premières mesures de diffraction de neutrons sur la source IPHI-neutrons Frédéric Ott (LLB/NFMQ) et Burkhard Annighöfer (LLB/Infra)

Du 7 au 18 février se sont déroulés sur l’accélérateur IPHI à l’IRFU, les tests de la nouvelle cible Béryllium développée par le LLB pour le projet Sonate (photo de droite), qui permet de convertir un faisceau de protons en neutrons. Cette cible s’est révélée conforme aux spécification et a démontré sa capacité à supporter un faisceau de 30 kW pendant 100 h. Il s’agit là d’une première mondiale ; aucune cible pour ce type de source n’était jusqu’à présent montée à une telle puissance.

Pendant cette période d’essai, des premières expériences de diffraction de neutrons (figure de gauche) ont été réalisées avec l’instrument Diogène sur de l’acier. L’utilisation de faisceaux de protons de même intensité, mais à plus haute énergie (20 MeV au lieu de 3 MeV) permettra d’augmenter le flux de neutrons de plus d’un facteur 100, rendant alors la source compacte compétitive avec les lignes d’études par diffusion de neutrons, issues des réacteurs nucléaires de petite et moyenne puissance.

Contact : Frédéric Ott (LLB/NFMQ) et Burkhard Annighöfer (LLB/Infra)

Dynamiques atosecondes en couche interne des molécules en phase gazeuse et en solution Hugo Marroux (LIDYL/ATTO)

Docteur de l’École de chimie de l’université de Bristol (UK), Hugo Marroux a étudié, dans le cadre de sa thèse, les dynamiques ultrarapides des bases ADN et la spectroscopie bidimensionnelle, sous la supervision d’Andrew Orr-Ewing (FRS). Il a ensuite effectué un post doctorat de deux ans à UC Berkeley (US) dans le laboratoire de Dan Neumark et Steve Leone, sur la spectroscopie attoseconde en phase gaz. Il est ensuite parti à l’EPFL pour travailler sur la spectroscopie de photoémission et d’absorption sur échantillon liquide dans le groupe de Majed Chergui. Il a été recruté dans le groupe ATTO du LIDYL en Mai 2021.

L’excitation des couches internes des molécules par des rayonnements ionisants (X ou bien XUV) promeut les systèmes dans un état métastable qui décroît en quelques femtosecondes (10^-15 s). L’étude de ces états excités dans le domaine temporel est longtemps restée inaccessible aux expérimentateurs car les sources laser ne possédaient pas la résolution temporelle nécessaire. La spectroscopie attoseconde nous permet de lever cette contrainte expérimentale et de nous intéresser aux dynamiques moléculaires déclenchées par l’arrachement d’un électron en couche interne d’une molécule.

La décroissance de ces états excités s’effectue par transfert électronique avec les atomes voisins de l’atome portant l’excitation. Ces transferts électroniques ont lieu avant les mouvements nucléaires et sont donc parmi les transferts de charge les plus rapides. Outre l’intérêt fondamental de ces mécanismes, ces transferts électroniques sont primordiaux en radiothérapie car ils dictent la distribution d’énergie des électrons secondaires émis, leur localisation et donc leur réactivité. Pour le moment, les premiers instants de ces importantes dynamiques sont encore inconnus.

Nos travaux sur ces états ont commencé par l’étude de petites molécules diatomiques en phase gazeuse, dans le but de simplifier la dynamique nucléaire et de mettre l’accent sur la dynamique électronique. Nous avons montré que la dynamique de transfert dépend grandement de l’orientation du trou créé dans la molécule : un trou dans une orbitale orientée parallèlement à l’axe moléculaire décroît deux fois plus rapidement qu’un trou dans une orbitale perpendiculaire. Cette différence de réactivité influence la distribution des produits formés et se situe en dessous de 10 fs.

Dans le laboratoire ATTOLab du LIDYL, nous allons étudier des systèmes de plus en plus complexes pour comprendre quels sont les paramètres qui gouvernent ces dynamiques. Pour cela nous allons étudier les dynamiques des trous en couches internes et de la photoémission, sur l’échelle de temps attoseconde, en phase gazeuse et en solution.

Contact : Hugo Marroux (LIDYL/ATTO)

Référence : « Attosecond spectroscopy reveals alignment dependent core-hole dynamics in the ICl molecule »
Nature Communications 11 (2020) 5810.