Pages scientifiques 2012
Measurements of very weak field (down to the femtotesla range) have been mainly addressed by low-Tc SQUIDS. We have proposed in 2004 the principle of a new sensor, based on spin-electronics, to offer extremely good sensitivity for measurements of magnetic fields over a wide range of frequency (dc to hundreds of MHz).
These sensors, called mixed sensors, are based on the association of a sensitive field sensor (Giant Magnetoresistance or Tunnel Magnetoresistance) and of an efficient flux-to-field transformer. The transformer is a cm size superconducting loop containg a micron size constriction. When an external field is applied perpendicular to the loop, a supercurrent is generated, to prevent the entrance of the field in the loop. This supercurrent reaches a very high density when passing through the constriction. The stray field lines due to this current can be locally hundreds to thousands times larger than the applied field. If one locates a GMR or TMR element on top or below the constriction, it will collect this locally enhanced field lines and a change in the resistance of the GMR (TMR) element can be measured (see Figure 1).
This device is fully made out of thin film technology, and can be either using a low-Tc (typically Nb) loop or a High-Tc (YBaCuO) loop. In the first case, liquid helium cooling is required whereas in the second one only nitrogen cooling is necessary.
Investigation of "nanosystems" and "heterosystems" at LLB involve studies of:
- Polymer based nanocomposites
- Metallic based nanocomposites
- Magnetic nano-objects (nanoparticles - molecular magnets - thin films)
- Confined liquids and molecules
- Microporous, zeolithes, MOFs and hybrids (guest@host)
- Structure and nanostructure of compounds of pharmaceutical and biological interest
Most benefits from experimental studies on one of the 20 world-class instruments, installed on the neutron beams from the reactor Orphée.
Comme l’électroréduction, la réduction chimique de sels de diazonium peut initier un processus de greffage de polymère. Cette hypothèse est confirmée par l'expérience: l'addition de particules de fer à une solution de nitrobenzène diazonium tétrafluoroborate (NBD) et d'hydroxymethylmethacrylate (HEMA), en présence d'une surface d'or conduit bien au greffage d'un film de PNP-PHEMA, qui présente les mêmes caractéristiques IR et XPS que s'il était issu du procédé par électroréduction (SEEP). Ainsi, les radicaux aryles issus de la réduction chimique du NBD par le fer (i) sont capables (ii) d'atteindre la surface d'or et d'y former un primaire greffé de type PNP et (iii) d'initier en solution la polymérisation radicalaire du monomère vinylique en solution dont les macroradicaux se terminent sur le primaire PNP (iv) (voir Figure ci-dessous).
Ce procédé a été nommé Graftfast® (http://www.graftfast.com/).
Le photovoltaïque organique est un domaine en plein essor et en effet depuis 2000, on constate une croissance régulière du rendement énergétique des cellules. Un record mondial à 10,6 % a été atteint en mars 2012 par l’équipe du Pr. Yang, de l’université de ULCA. Les percées scientifiques les plus significatives ont été obtenues grâce au développement de nouveaux concepts tels que les polymères à faible gap et les structures tandems. Les cellules photovoltaïques organiques les plus performantes sont constituées de multicouches et utilisent le concept d'hétérojonction dans le volume.
Cette thématique est développée en collaboration avec la plateforme ORGATECH à l’Ecole polytechnique dans le cadre du LRC ORGA-SACLAY (Laboratoire de Recherche Correspondant du LCSI).
Une des limitations des cellules photovoltaïques à base de matériaux organiques est la faible absorption des matériaux organiques vers les grandes longueurs d’onde du spectre solaire (au-delà de 600 nm). De nouveaux matériaux dits ‘faible gap’ sont en cours d’étude pour étendre le spectre d’absorption des cellules dans le rouge.
Contact : Bernard GEFFROY (NIMBE/LICSEN)
Les cellules photovoltaïques à base de matériaux organiques suscitent actuellement beaucoup d’intérêt à travers le monde du fait de leur facilité de mise en œuvre par des techniques d’impression potentiellement à faible coût. Cependant, l'efficacité de conversion énergétique est encore faible et la durée de vie des dispositifs est trop courte. Les matériaux inorganiques nanostructurés (nanoparticules, nanofils…) peuvent être une solution intéressante et complémentaire pour palier aux inconvénients des cellules solaires organiques comme par exemple la faible mobilité des porteurs de charge et la mauvaise stabilité. Dans ce contexte, les nanofils de silicium (SiNWs) offrent des avantages uniques pour la fabrication de cellules solaires hybrides.
A travers une collaboration avec le Laboratoire de Physique des Interfaces et des Couches Minces de l’Ecole polytechnique des cellules photovoltaïques hybrides à base de SiNWs et de poly(3-hexylthiophène) sont en cours d’étude. Une des étapes clés du procédé de fabrication est la fonctionnalisation des nanofils de silicium.
Cette thématique est développée en collaboration avec la plateforme ORGATECH à l’Ecole polytechnique dans le cadre du LRC ORGA-SACLAY (Laboratoire de Recherche Correspondant du LICSEN).
Contact : Bernard GEFFROY.
Ce projet vise à accroitre la compréhension du phénomène d’électrogreffage localisé qui apparaît dans le cas d’électrodes fortement polarisées approchant un substrat. En effet, les conditions particulières qui doivent être réunies pour observer un électrogreffage localisé de monomères vinyliques peuvent être qualifiées d’extrêmes en comparaison de celles qui sont généralement utilisées en électrochimie. Ainsi, la présence simultanée de grandes densités de courant et de forts potentiels électriques génère des bulles à proximité de l’électrode, conduisant à un phénomène de turbulence ainsi qu’à l’apparition transitoire de couches isolantes à l’interface électrode-solution. De plus, il a été observé que le potentiel électrique local, de même que le contenu chimique de la solution à proximité de l’électrode, jouaient un rôle dans la transformation de la surface.
En alliant travaux théoriques et expérimentaux, et en commençant par l’étude de situations simples pour augmenter la complexité de façon graduelle, nous proposons de construire un modèle théorique réaliste pour l’électrogreffage localisé par SECM sous haute tension, permettant de mettre en évidence la contribution individuelle de chacun des phénomènes et des paramètres qui leurs sont associés.
Contact : Renaud CORNUT
A particular setup allows the recording of time-resolved fluorescence kinetics and spectra on the femtosecond timescale. This facility is dedicated to the study of time-resolved fluorescence spectra of molecules in the condensed phase.
The setup is based on the fluorescence upconversion technique. It uses a conventional Ti:S oscillator which produces ~100 femtosecond pulses at 800 nm which are subsequently frequency-doubled or -tripled to 400 or 267 nm used for excitation (pump pulse). The fluorescence emitted is collected and focused by reflective optics into a non-linear crystal together with the 800 nm gate pulse. The sum-frequency light is sent through a spectrometer to a photomultiplier and analysed as a function of the variable pump-probe delay.
Fluorescence in the spectral range from 300 to 800 nm can be recorded with an apparatus function of about 200 fs fwhm for 400 nm excitation and about 350 fs fwhm for 267 nm excitation. The time-resolution can be greatly reduced after deconvolution of data.
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Blue phases often appear in chiral liquid crystals as arrangements of so-called “double-twist cylinders”, characterized by twisting in all directions perpendicular to the cylinder axis [1]. Magnetic moments in chiral magnets tend to form spirals, and one can thus speculate on the existence of magnetic “blue phases”. By combining model calculations with experiments, we show that such a phase does form in MnSi over a large part of the phase diagram, including at ambient pressure [2]. |
In chiral magnets, calculations performed in the large-pitch limit show that spirals with a well-defined twist direction (helical order) should have a lower energy in magnets, and that blue phases cannot appear.39 Despite this result, a blue phase has been suspected to occur in the itinerant chiral magnet MnSi at high hydrostatic pressure, where a so-called partial magnetic order has been observed [3].
In collaboration with A. Hamman, T. Wolf, and H. v. Löhneysen (Karlsruhe Institute of Technology) and D. Reznik (University of Colorado), we have performed calculations starting from magnetic moments of the same fixed magnitude, with random orientations, and placed on simple cubic or B20 lattices. The orientation of each moment was optimized sequentially in random order until the total energy of the system stabilized.
A typical spin arrangement obtained by this method is shown in Figure 1 (top). The topology is the same as for blue phases of chiral liquid crystals, i.e., with moments twisting away from cylindrical axes. We tested our model via experiments on the 4F cold triple-axis neutron spectrometer and on the Papyrus small angle neutron scattering (SANS) diffractometer. The magnetic correlation length is expected to be reduced by Fe-doping similarly to thermal fluctuations.
According to our model, Fe doping should allow the blue phase to persist to lower temperatures. Experiments show that this is indeed the case: Tc decreases with Fe doping [4] and the SANS spectrum of Mn0.8Fe0.15Si at 1.5 K is a ring characteristic of the blue phase (Figure 1, bottom). The same result was obtained for Fe1-xCoxSi [5], pointing to a universality of this phenomenon.
Our results provide a blueprint for understanding cubic chiral magnets, including MnSi, by showing that the frustrated nature of the magnetic interactions naturally and generically induces complex spin arrangements, which had so far been found only in liquid-crystal blue phases. Controlling special properties of this blue phase with impurities in thin films has a potential for new applications, particularly in electronics and magnetic memory devices [6].
Références :
[1] D.C. Wright and N.D. Mermin, Rev. Mod. Phys. 61, 385 (1989)
[2] Magnetic blue phase in itinerant magnet MnSi
A. Hamann, D. Lamago, H.v. Löhneysen, D. Reznik, (submitted to Nature Materials).
[3] C. Pfleiderer et al., Nature 427, 227 (2004).
[4] N. Manyala et al., Nature 404, 581 (2000).
[5] S.V. Grigoriev et al., Phys. Rev. Lett. 102, 037204 (2009).
[6] X.Z. Yu et al., Nature 465, 901 (2010).
The transformation of solar energy into chemical energy stored in the form of hydrogen, through photoelectrochemical water splitting is a promising method with the important advantage of being environment friendly and free from carbon dioxide emission. Several metal oxide semiconductors are able to split water into hydrogen and oxygen but the efficiencies are still low. Several strategies were proposed to improve the photoelectrochemical properties like doping or nanostucturing, but the origin of the improvement is not well understood yet. In the laboratory, we study the photo-electrochemical activity of thin epitaxial oxide films in order to understand the influence of different parameters on the photoanode efficiency.
Le photovoltaïque organique est un domaine en plein essor et en effet depuis 2000, on constate une croissance régulière du rendement énergétique des cellules. Un record mondial à 10,6 % a été atteint en mars 2012 par l’équipe du Pr. Yang, de l’université de ULCA. Les percées scientifiques les plus significatives ont été obtenues grâce au développement de nouveaux concepts tels que les polymères à faible gap et les structures tandems. Les cellules photovoltaïques organiques les plus performantes sont constituées de multicouches et utilisent le concept d'hétérojonction dans le volume.
Cette thématique est développée en collaboration avec la plateforme ORGATECH à l’Ecole polytechnique dans le cadre du LRC ORGA-SACLAY (Laboratoire de Recherche Correspondant du LCSI).
Une des limitations des cellules photovoltaïques à base de matériaux organiques est la faible absorption des matériaux organiques vers les grandes longueurs d’onde du spectre solaire (au-delà de 600 nm). De nouveaux matériaux dits ‘faible gap’ sont en cours d’étude pour étendre le spectre d’absorption des cellules dans le rouge.
Contact : Bernard GEFFROY (NIMBE/LICSEN)
Les cellules photovoltaïques à base de matériaux organiques suscitent actuellement beaucoup d’intérêt à travers le monde du fait de leur facilité de mise en œuvre par des techniques d’impression potentiellement à faible coût. Cependant, l'efficacité de conversion énergétique est encore faible et la durée de vie des dispositifs est trop courte. Les matériaux inorganiques nanostructurés (nanoparticules, nanofils…) peuvent être une solution intéressante et complémentaire pour palier aux inconvénients des cellules solaires organiques comme par exemple la faible mobilité des porteurs de charge et la mauvaise stabilité. Dans ce contexte, les nanofils de silicium (SiNWs) offrent des avantages uniques pour la fabrication de cellules solaires hybrides.
A travers une collaboration avec le Laboratoire de Physique des Interfaces et des Couches Minces de l’Ecole polytechnique des cellules photovoltaïques hybrides à base de SiNWs et de poly(3-hexylthiophène) sont en cours d’étude. Une des étapes clés du procédé de fabrication est la fonctionnalisation des nanofils de silicium.
Cette thématique est développée en collaboration avec la plateforme ORGATECH à l’Ecole polytechnique dans le cadre du LRC ORGA-SACLAY (Laboratoire de Recherche Correspondant du LICSEN).
Contact : Bernard GEFFROY.
