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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants scientifiques 2022

25 février 2022

Se propageant sur de longues distances à la vitesse de la lumière, les photons peuvent être un bon vecteur de transmission d'une information portée localement par des spins électroniques, à condition de savoir convertir l'état de spin local vers un état de polarisation de la lumière et réciproquement.

Une collaboration internationale incluant le Laboratoire des solides irradiés publie dans Physical Review Letters [1] un article détaillant les mécanismes à l’œuvre pour détecter une lumière polarisée circulairement grâce à des dispositifs de spin-optoélectronique de type photodiodes à spin.

 

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.

27 février 2022

L'objectif visé dans la construction de la réalisation de sources compactes de neutrons à base d’accélérateurs à fort courant est de permettre de réaliser, sur ces sources, des expériences de diffusion de neutrons, avec pratiquement la même qualité que celles réalisées auprès des lignes neutrons issues de réacteurs de recherche de type Orphée*.

Ces sources sont réalisées à partir d'un faisceau de protons de moyenne énergie (3-50 MeV) et haut courant (~ 100 mA) frappant une cible d’un matériau léger comme le béryllium, qui émet alors des neutrons. Pour être utilisable de manière routinière, la cible doit pouvoir résister sur de longues durées à une forte irradiation sans perte de performance.

Les équipes du LLB et de l'IRFU réunies ont réalisé une cible béryllium implantée en sortie de l'injecteur de protons à haute intensité - IPHI (3 MeV) à Saclay. Ils montrent qu'avec ce dispositif il est possible d'obtenir l'intensité de neutrons nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction dans un temps raisonnable, démontrant la compétitivité d'une telle source pour la diffusion de neutrons par rapport aux réacteurs nucléaires actuels de petite et moyenne puissance.

*Ancien réacteur de recherche de Saclay, aujourd'hui fermé.

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.

 

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 ! 
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.

 

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.

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].

 

 

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