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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants scientifiques 2022

11 juillet 2022

English version.

Savoir manipuler à l’échelle nanométrique, un spin unique, en tant qu'objet porteur d'information quantique, présente un enjeu technologique majeur, et reste encore aujourd'hui un sujet d'un grand intérêt fondamental. Un système composé de molécules magnétiques déposées sur une surface offre un banc d’essai unique pour traiter ce sujet, mais il est difficile, voire impossible, d’explorer expérimentalement les trop nombreuses pistes ouvertes, étant donné le nombre énorme de combinaisons molécule/surface possibles. C’est pourquoi la modélisation joue un rôle essentiel dans ce domaine.

Dans le cadre du projet H2020 FET-Open COSMICS, une collaboration entre l’Université Technique du Danemark (DTU), le CEMES CNRS de Toulouse et le CEA SPEC montre par des méthodes de calcul de structure électronique et de transport que la porphyrine de fer, déposée sur un substrat de graphène dopé par du bore, posséde des propriétés remarquables, pour en faire un dispositif de spintronique moléculaire que l'on peut piloter par la simple application d’une tension de grille. Ce dispositif mériterait ainsi d'être expérimentalement étudié.

08 février 2022

Les aimants mono-moléculaires suscitent une attention scientifique croissante et ceci depuis trois décennies. Ils diffèrent des aimants métalliques conventionnels par le fait que l'ordre magnétique ne résulte pas d'un ordre à longue distance, mais de la capacité d'alignement de chaque molécule individuelle. L'un des principaux défis dans ce domaine réside dans le contrôle structurel de l'anisotropie magnétique moléculaire qui doit être uni-axiale. Dans cette optique, la technique de diffraction de neutrons polarisés (DNP) développée au laboratoire Léon Brillouin (LLB) offre la possibilité unique de mesurer l’amplitude du moment magnétique et la direction des principaux axes d'anisotropie magnétique d’un ion magnétique par rapport à l'orientation des molécules.

Dans le but d’améliorer les caractéristiques des aimants mono-moléculaires, deux nouveaux complexes iso-structuraux à base de Dy3+ et Ho3+ ont été synthétisés. Ils présentent une forte anisotropie magnétique, avec des barrières de relaxation magnétique respective de 600 K et 270 K. Les mesures réalisées au LLB fournissent la première preuve expérimentale que le composé Dy a une anisotropie magnétique quasi-uniaxiale avec une contribution transverse nulle, alors qu'elle est significative pour le composé Ho, ce qui peut être attribué à l'interaction moins favorable du champ cristallin avec la distribution de charge de l’ion Ho.

 

25 janvier 2022
Parmi les propriétés extraordinaires du graphène, il existe une anomalie magnétique géante prédite depuis les années 1950's et encore jamais mesurée directement. En contrôlant un feuillet de graphène presque sans défaut avec une tension électrostatique, et en utilisant des capteurs à magnétorésistance géante (GMR) ultrasensibles concus par l'équipe LNO du SPEC, des physiciennes et des physiciens ont pour la première fois mis en évidence expérimentalement cette singularité magnétique.

 

08 juin 2022

Du fait de leurs propriétés optiques dans le domaine visible, les nanoparticules d’or (Au-NPs) ont de nombreuses applications dans multiples domaines et plusieurs entreprises produisent et commercialisent aujourd'hui des Au-NPs, en particulier aux USA et en Asie.

Ce secteur d'activité en plein essor, a aussi été renforcé par la pandémie mondiale de covid-19, avec le développement à grande échelle des tests rapides POCT (Point-of-Care-Test) que nous avons tous utilisés, où le signal coloré est lié à la présence d'or colloïdal*.

Le NIMBE/LEDNA synthétise à façon des nanohybrides d’or et collabore avec de nombreuses équipes pour l’étude de leurs propriétés, notamment plasmoniques, en vue d’applications futures en lien avec l’Énergie, l’Environnement et la Santé, au sein de l'UMR NIMBE.

24 août 2022

Le rôle régulateur de la protéine Hfq, protéine bactérienne notamment trouvée chez Escherichia coli, est attribué principalement à sa fonction d'ARN-chaperon, facilitant les interactions entre ARNs. La protéine est aussi impliquée dans la structuration et la compaction de l’ADN.

Une large collaboration internationale a étudié par diverses techniques d'imagerie et de spectroscopie, en particulier sur synchrotron, les complexes formés par la protéine amyloïde Hfq et l'ADN simple brin. Il est ainsi montré que la protéine Hfq peut jouer un rôle dans la recombinaison génétique et la réplication.

07 juillet 2022

Le développement de techniques de diagnostic précoce, rapides, sensibles, transportables au chevet du patient et peu coûteuses est un défi dans le domaine de la santé, mais aussi de la défense et de l'environnement. L'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) a défini les critères ASSURED (Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, Rapid and robust, Equipment-free and Deliverable to end-users) que les tests de diagnostic terrain doivent remplir, ce qui prouve le besoin réel en termes de santé publique. La pandémie mondiale de COVID-19 a également démontré la nécessité de tels tests.

Les capteurs à magnétorésistance géante (GMR) [1] qui ont été développés pour une grande variété d'applications spintroniques (industrie automobile, informatique etc.), présentent également un réel potentiel dans le domaine de la santé, notamment pour le développement de dispositifs de diagnostic précoce sur les lieux de soins. Le principe de détection de cette technique repose sur l'utilisation de particules magnétiques fonctionnalisées par des anticorps monoclonaux, produits au Laboratoire d'Études et de Recherches en Immunoanalyse (CEA-Saclay LERI), dirigés contre la cible d'intérêt (figure 1A). Ainsi marquée par interaction avec les particules magnétiques, sa détection dynamique est réalisée à l'aide des capteurs GMR, développés au Laboratoire Nano-magnétisme et Oxydes (CEA-Saclay SPEC/LNO), qui permettent de compter un par un les objets biologiques magnétiquement marqués. De plus, les mesures peuvent être effectuées avec des matrices complexes, même opaques, et des cibles biologiques de nature éventuellement différentes (cellules, bactéries, etc...) peuvent être détectées sans aucune étape de lavage préalable et même à faible concentration.

Après avoir validé la méthode sur un premier appareil, la réalisation d'un second dispositif à "double détection" permet d'atteindre une plus grande sélectivité, en réduisant fortement les faux-positifs.

29 mars 2022

En 1905, l’interprétation théorique de l’effet photoélectrique (émission d’un électron suite à l’absorption d’un quantum de lumière, le photon) proposée par Einstein allait révolutionner la physique. Du fait de son extrême rapidité, ce processus fondamental a longtemps été considéré comme instantané. Ce n’est que depuis une dizaine d’années que le développement des sources de lumière ultrabrève et de la métrologie attoseconde* (1 as= 10-18 s) a permis d’accéder à l’aspect temporel de ce processus ultrarapide, souvent au détriment de l’aspect spatial.

Une expérience menée sur la plateforme ATTOLab au CEA Paris-Saclay par une collaboration française composée de chercheurs du CEA, du CNRS, de l'Université Paris-Saclay, de Sorbonne Université et de l'Université Lyon 1 a permis pour la première fois de reconstruire le film tridimensionnel d'un processus de photoémission, au niveau atomique et à l’échelle attoseconde.

La photoémission étant par ailleurs à la base des méthodes d'analyse spectroscopique parmi les plus fines, ces travaux ouvrent la voie à une compréhension approfondie des effets de corrélations électroniques dans la matière, depuis les atomes et les molécules jusqu’aux solides, et à l’œuvre notamment au cours des réactions chimiques.

25 février 2022

Les nanostructures magnétiques sont essentielles pour le stockage de données (MRAM, disque dur de haute densité) ou encore au sein de capteurs et actionneurs magnétiques. Pour sonder ce magnétisme local, le dichroïsme circulaire magnétique (MCD) et l'effet Kerr magnétique (MOKE) reposent tous deux sur l'absorption différentielle de la lumière selon le sens de sa polarisation circulaire (associée à des photons d'orientation de spin opposée). Cependant, la connaissance fine de leurs dynamiques à l'échelle de la femtoseconde reste encore largement à explorer.

La lumière peut aussi porter un second type de moment angulaire, dit "orbital", associé à des ondes électromagnétiques dont le front d'onde est hélicoïdal. Il a été montré qu'un dichroïsme hélicoïdal magnétique existe (réflexion différentielle de lumière portant des moments angulaires orbitaux opposés) et présente de multiples avantages. Cette méthode peut en particulier devenir une méthode de choix pour les études résolues en temps de structures magnétiques telles que les skyrmions ou les vortex magnétiques, dont la taille caractéristique (~1 µm) correspond à celle du front d'onde en hélice.

26 janvier 2022

L'exploration des propriétés du vide, aujourd'hui décrites par l’électrodynamique quantique (QED), reste un des objectifs de la physique fondamentale contemporaine. Il est en particulier prédit que pour un éclairement laser au-delà de la limite de Schwinger (> 4.7x1029 W/cm2), il est possible de séparer les paires électron-trou virtuelles résultant des fluctuations du vide.

Pour atteindre ce seuil, les physiciens des lasers ultra-intense, dont ceux du LIDYL, cherchent à comprimer spatialement et temporellement des impulsions lasers. Pour conduire cette recherche, il est aussi indispensable de savoir caractériser ces impulsions ultra courtes dans le domaine femto, voire attoseconde, et focalisées sur des distances de l'ordre du nanomètre. L'équipe PHI du LIDYL présente une méthode originale de caractérisation spatio-temporelle de ces impulsions laser ultra-intenses, basée sur des techniques de ptychographie*.

* Du grec "ptycho", replier et "graphia", l'écriture. La technique consiste en effet à produire des images en balayant l'objet à observer avec un fort recouvrement entre chaque balayage.

26 janvier 2022

Depuis des siècles, les physiciens s’interrogent sur la nature du vide, c’est à dire sur ce qu’il reste, quand on a tout enlevé…Une manière d’envisager ce problème est de tenter d'ouvrir le vide, un peu comme un objet dont on a envie de comprendre le fonctionnement.

L’électrodynamique quantique (QED) fournit l’image d’un ensemble de paires électrons-positrons chacune en interaction virtuelle dans le sens où leur durée de vie est infiniment brève. Dans les années 50, le physicien Julian Schwinger prédit qu'au-delà d'un éclairement lumineux supérieurs à 4.7 1029 W/cm2, il devient possible de séparer ces paires de particules et ainsi commencer à "ouvrir" le vide. Ce seuil d'éclairement est sept ordres de grandeur au-delà des records atteints avec les lasers femtoseconde les plus puissants actuels.

De nombreuses recherches poursuivies par les physiciens des lasers ultra-intenses visent à atteindre ce seuil en ajoutant un étage de compression spatio-temporelle supplémentaire à ces impulsions lasers. C'est l'enjeu des recherches de l'équipe "PHI - Physique à Haute Intensité" du LIDYL, qui montre expérimentalement que la réflexion des impulsions lasers sur un miroir plasma permet d'améliorer les records d'éclairement obtenus jusqu'à présent.

01 décembre 2022

Déterminer le mécanisme à l'origine de la supraconductivité à haute température critique (Tc), découverte en 1986 dans des oxydes de cuivre , reste un défi majeur en physique au XXIe siècle. Dans ces matériaux, les corrélations entre les électrons sont telles qu’elles engendrent des propriétés électroniques et magnétiques totalement inédites, au nombre desquelles la mystérieuse phase de pseudo-gap (présentant une ouverture partielle d'un gap dans la structure électronique), de laquelle semble émerger la supraconductivité.

Une partie du voile entourant ce nouvel état de la matière vient d’être levé par la diffraction de neutrons polarisés, qui révèle au sein de la phase pseudo-gap l’existence d’une structure électronique originale, présentant des boucles de courant avec un ordre spatial complexe.

14 novembre 2022

Molécules clés du vivant, les polymères d'acides nucléiques peuvent se présenter sous la forme d'une chaine moléculaire unique ou sous une forme multichaines (tel que la double hélice de l'ADN), qui adoptent une grande variété de conformations, pouvant comprendre des hélices simples ou doubles, des boucles, des pseudo-nœuds des structures en duplexes, triplexes ou quadruplexes. Ces structures ont toutes des rôles cruciaux et bien spécifiques en biologie, et leur rôle va de la réplication de l’ADN en vue de la transmission de l’information génétique, à la régulation de l'expression des gènes, en passant par le contrôle de la stabilité du génome.

Afin d'améliorer l'analyse de la conformation de ces macromolécules, une nouvelle base de données a été créée dans le cadre d'une approche scientifique concertée : des chercheurs de Pologne, de France et des États-Unis ont uni leurs efforts pour collecter et normaliser les spectres de dichroïsme circulaire (CD) d’acides nucléiques, ADN et ARN. Plus de 150 spectres, tirés de la littérature, ou récemment obtenus sur la ligne de lumière DISCO, ont été rassemblés dans cette base structurée "NACDDB - Nucleic Acid Circular Dichroism Database", et rendus ainsi accessibles au public le plus large.

 

18 août 2022

En utilisant les impulsions lumineuses ultracourtes du laser à électrons libres FERMI à Trieste (Italie), une large collaboration de physiciens à laquelle participe une équipe du LIDYL, a pu étudier pour la première fois dans le domaine de l'ultraviolet extrême (UVX), l’interaction cohérente entre atomes et photons, phénomène quantique prédit théoriquement par Rabi, dès 1937.

L'expérience met en évidence le couplage cohérent obtenu entre un système à 2 niveaux (atome d'hélium) et le champ électromagnétique, à une énergie de 23.7 eV. Ce résultat ouvre la voie à l’exploration de phénomènes cohérents dans ce domaine des très courtes longueurs d'onde et à une échelle de temps jamais atteinte.

24 mai 2022

Une expérience proposée par des chercheurs de l'Université de l’Académie des sciences chinoise de Pékin en collaboration avec le CEA/Irig/D-Phy/MEM et le LLB révèle que les fluctuations du spin dans un supraconducteur à base de fer ont une direction privilégiée, ce qui suggère un mécanisme potentiel pour la supraconductivité dans ces matériaux.

 

13 avril 2022

Les molécules possédant une liaison Si-H, ou hydrosilanes*, sont des composés essentiels dans l’industrie du silicium, mais leur production est difficile et énergivore. Leur utilisation croissante comme réducteurs doux offrant des sélectivités remarquables, notamment pour la conversion du CO2 ou de la biomasse, nécessite le développement de nouvelles voies d’accès faciles à mettre en œuvre.

La transformation catalytique de déchets industriels, tels que les composés à liaisons Si-oxygène (siloxanes) ou des chloro-silanes (Si-Cl), en hydrosilanes grâce à l’hydrogène moléculaire est une voie récente offrant des perspectives intéressantes : l'équipe LCMCE du NIMBE (CEA/CNRS) a ainsi développé des catalyseurs moléculaires métalliques et organiques permettant d’effectuer, avec d’excellents rendements, les transformations [Si]-X (I, Br, Cl) en [Si]-H dans des conditions douces de température et de pression (1 à 10 bar de H2). Le laboratoire étudie le mécanisme de ces transformations (observations RMN, synthèses et structures cristallines des espèces mises en jeu, cinétique, études DFT) pour mettre en évidence les espèces responsables de l’activité catalytique et améliorer les processus de transfert d’hydrures.

29 septembre 2022

Face au défi mondial de la transition énergétique et de l’indépendance énergétique, d'intenses recherches académiques et industrielles sont poursuivies sur différents dispositifs de stockage d'énergie, dont les batteries et les super-condensateurs, pour atteindre une production d'électricité décarbonée.

Dans la conception d'une batterie, le choix de la nature des électrodes et de l'électrolyte est déterminant. Une collaboration de chercheurs de l'UMR Nimbe, du CEA-Liten et de l'IMN de Nantes proposent une méthode de criblage rapide par radiolyse d'un électrolyte, selon les différents additifs ajoutés. Il est montré que le suivi sur quelques heures de la quantité de H2 émise est un bon marqueur de la dégradation de l'électrolyte, et donc de la performance à long terme de la batterie.

13 janvier 2022
Depuis fin 2018, l'Alliance NTU Singapour - CEA pour la recherche en économie circulaire (SCARCE), premier laboratoire commun du CEA localisé à l’étranger, focalise ses efforts sur le recyclage des déchets électroniques. De façon très transversale, le DRF/NIMBE avec ses partenaires de la Direction des Energies (CEA-DES) ou de la Direction de la Recherche Technologique (CEA-DRT) et la NTU s’intéressent notamment à la levée de points bloquants. Ces efforts communs ont récemment conduit à plusieurs publications dans le domaine du tri des déchets [1,2], du développement rapide de procédés d’extraction [3] et de la réutilisation des matériaux produits [4].

 

03 août 2022

Une collaboration de chercheurs du SPEC et du LMFL explorent l’origine de l’irréversibilité de la turbulence grâce à un nouveau dispositif expérimental à grande échelle : Giant Von Kármán - GVK, unique par ses dimensions.

Le dispositif permet de mettre en évidence la corrélation entre les zones de forte dispersion des trajectoires du fluide, signe d'irréversibilité, et des zones hautement dissipatives.

03 juillet 2022
La matière active est composée d'entités individuelles convertissant de l'énergie en travail, ce qui entraine leur mise en mouvement, et leur permet de s'organiser spontanément du fait de leurs interactions mutuelles. De nombreux systèmes vivants peuvent être vus sous cet angle, mais aussi, de plus en plus, des ensembles de microparticules actives synthétiques ou extraites de cellules. L’approche théorique de la matière active ne bénéficie pas des résultats généraux valides à l’équilibre thermodynamique, mais elle en garde les thèmes principaux : symétries, lois de conservation, et transitions de phase sont déterminantes, mais les propriétés émergentes de la matière active sont bien souvent nouvelles, offrant de nouvelles voies d’auto-organisation dynamique.

Dans un article récent publié dans PNAS, Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC), Xia-qing Shi et le groupe de Tian Hui Zhang (Université de Suzhou) montrent qu'un système de colloïdes actifs juste sous critique (i.e. près du seuil de leur mise en mouvement) présente de nouveaux types de dynamique collective auto-organisée spectaculaires, comme des tourbillons auto-organisés isolés composés de milliers de particules.

11 mars 2022
​Une collaboration menée par le LSCE (CEA-CNRS-UVSQ), avec l'Iramis (SPEC/SPHYNX), applique pour la première fois une technique d'apprentissage automatique utilisée en linguistique à des bulletins météorologiques quotidiens couvrant 70 années. La voie est désormais ouverte à des analyses climatologiques hors d'atteinte pour les experts humains ! 

 

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