Projet ANR IGLIAS : Irradiation of astrophysical ices
Blanc - SIMI 5 - Physique subatomique et théories associées, astrophysique, astronomie et planétologie (Blanc SIMI 5) 2013
2013-2017 - Suivre le lien : http://www.agence-nationale-recherche.fr/?Project=ANR-13-BS05-0004
Projet du Triangle de la Physique - Thème Nanophotonique (equipement / Fonctionnement)
Janvier 2012 - Décembre 2014
Partenaires :
Projet France (CEA) - Roumanie (IFA)
Octobre 2012 - Septembre 2014
Partenaires :
Projet du Labex NanoSaclay - Nanophotonique : nano-objets pour le contrôle de l'’énergie
2012 - 2014
Partenaires :
Projet ANR P2N - Programme Nanotechnologies et Nanosystèmes
Décembre 2013 - Mai 2017
Partenaires :
Doctorant CEA :
Accès au site de partage pour les membres du consortium
Projet ANR Blanc - Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Nanosciences
projet Triangle de la Physique - Co-financement de thèses 2014
Janvier 2014 - Juin 2017
Partenaires :
Doctorant CEA / Triangle de la physique :
Projet ANR Blanc - Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Nanosciences
Janvier 2013 - Décembre 2016
Partenaires :
Doctorante CEA :
Projet ANR Blanc - Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Nanosciences
Mars 2012 - Juillet 2015
Partenaires :
Projet ANR Blanc - Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Nanosciences
Décembre 2010 - Décembre 2014 (clos)
Partenaires :
Doctorante CEA :
ANR-12-BSV5-0003, coordination and contact Patrick Berthault - LSDRM.
This ambitious project aims at proposing the combined use of hyperpolarized 129Xe NMR, micro-fluidics and micro-coils as an ultra sensitive biosensing tool for diagnosis purposes.
The final objective of this project is to integrate all developments and discoveries in an NMR lab-on-chip type system of general applicability for various in vitro biological diagnoses on commercial NMR spectrometers.
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Les oxydes fonctionnels, tels que les matériaux ferroélectriques ou mutilferroïques, sont actuellement très attracteurs, de par leur large diversité dans leurs propriétés physiques, qu’il est possible de moduler. L’étude de la structure de bande de couches minces d’oxydes est cruciale, car elle permet d’obtenir des informations sur leurs propriétés électroniques, qui peuvent varier en fonction de l’épaisseur de la couche mince, de l’état de contrainte mécanique de la surface, ou encore des interfaces oxyde/oxyde.
La croissance de couches minces d’oxydes est une étape primordiale. Le laboratoire Thales, possède une expertise internationalement reconnue dans l’élaboration d’oxydes multifonctionnels, aussi bien par ablation laser pulsé (PLD) que par épitaxie par jet moléculaire (MBE), développant ainsi des matériaux d’une grande qualité cristallographique. L’analyse des propriétés électroniques de ces matériaux requiert des techniques spectroscopiques avancées, tel que le MesoXcope implanté au SPCSI (Microscope de photoélectrons), qui offre une visualisation directe et simultanée de la structure électronique et chimique d’une zone d’intérêt, jusqu’à l’échelle microscopique. Un critère limitant de ces études est la contamination de ces échantillons lors du transfert entre le bâti de croissance et le microscope, tous deux sous ultra-haut vide, nécessitant un passage à l’air. Les méthodes de nettoyage, telles que les traitements chimique ou thermique, peuvent dégrader la perfection structurelle de la surface.
Le but de ce projet consiste donc à développer l’utilisation d’une valise de transfert, qui permettrait de transférer les échantillons sous ultra haut vide sans altérer la grande qualité de la surface de ces échantillons.
Projet ANR SIISU: Nano-structuration des surfaces par impact ionique
2013-2016 Suivre le lien : http://www.agence-nationale-recherche.fr/?Projet=ANR-12-IS04-0005
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L'objectif de ce projet est d'apporter une contribution révolutionnaire à la recherche fondamentale en utilisant la spectromicroscopie de rayons X sur des surfaces et des interfaces de matériaux multiferroïques pour de nouvelles technologies de l'énergie.
La spintronique apparaît comme une alternative fantastique aux technologies CMOS en raison de la dissipation d'énergie plus faible dans les processus magnétiques. La multiferroïcité, dans laquelle l'état magnétique peut être commandé par un champ électrique, constitue une solution prometteuse pour les dispositifs spintroniques à faible consommation. La maîtrise, la connaissance et l'optimisation de matériaux magnéto-électriques de l'échelle atomique à l'échelle mésoscopique ont donc une grande pertinence. L'analyse spectroscopique et chimique, combinée à une résolution spatiale et temporelle pour mettre en lumière des corrélations, constitue un besoin urgent de mieux comprendre ces matériaux.
La microscopie d'émission de photoélectrons stimulée par rayons X (XPEEM) à haute transmission et pleinement filtrée en énergie répond à tous ces critères. Avec le MesoXcope, l'imagerie simultanée de la structure chimique et électronique dans l'espace réel et réciproque à l'échelle submicronique devient possible (voir Fig. 1).
Ce projet, dirigé par Nicolas Barrett du SPCSI au CEA, nécessite l'acquisition et la mise en œuvre d'un dispositif expérimental innovant, optimisé pour les études spectroscopiques, appelé MesoXcope. La résolution excellente d'un point de vue énergétique, spatial et du vecteur d'onde contribuera également à d'autres domaines de recherche.
L'accent initial de la recherche sera mis sur les matériaux présentant des propriétés électriques, électroniques et magnétiques innovantes, souvent avec des degrés élevés de corrélation, tels que les photovoltaïques, les supraconducteurs, les ferroélectriques et les multiferroïques. Cette organisation devrait stimuler des analyses complémentaires utilisant d'autres techniques de pointe sur les mêmes systèmes. Le potentiel ultime du MesoXcope sera atteint par d'importantes campagnes de rayonnement synchrotron, avec une priorité donnée à l'exploitation du synchrotron SOLEIL. Le temps de faisceau devra faire l’objet de demandes d’attribution au moyen de soumissions de projets expérimentaux auprès des comités appropriés du programme. Grâce aux campagnes de mesures effectuées avec un prototype du MesoXcope à l'ESRF, à BESSY, à l'ELETTRA et à SOLEIL, les partenaires disposent déjà d'une expertise considérable dans de telles opérations, avec un temps d'installation pouvant descendre jusqu'à 24 heures. Nous notons que les travaux étendus, avec des sources de laboratoire haute intensité, seront essentiels pour un retour optimal des expériences de rayonnement synchrotron.
Le MesoXcope sera exploité par le consortium scientifique qui garantira l'accès aux utilisateurs d'une large communauté scientifique. L'assistance aux utilisateurs pour les études en laboratoire et sous rayonnement synchrotron sera fournie par le consortium MesoXcopy. Les partenaires majeurs du consortium seront les premiers bénéficiaires de ce temps utilisateur. Le consortium mettra également à disposition une plateforme de formation des jeunes chercheurs à l'utilisation du MesoXcope, ce qui étendra durablement la communauté des utilisateurs.
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We have identified the ferroelectric phase in a quasiamorphous (QA) ultrathin BaTiO3 (BTO) film. In-plane clamping prevents nucleation of the as-deposited amorphous BTO during annealing in O2 flow and results in the formation of a QA phase. The amorphous nature is confirmed by in- and out-of-plane XRD. FE polarized domains with good retention have been successfully written into the film and the FE nature is proven by a clear P-E hysteresis curve. In the literature, the QA phase was generated from the strain induced by pulling through a high temperature gradient, whereas here the strain state is governed by surface clamping. We demonstrate the preparation of a QA FE BTO thin film grown on SrTiO3 (STO) substrate by uniform post-deposition annealing.
For more details see Physical Review B (Phys. Rev. B 84, 205426 (2011)) "editors' suggestion'.
Secondly, we have studied the atomic and chemical structure of the surface of a fully strained, TiO2-terminated, ferroelectric BaTiO3(001) epitaxial film on a SrTiO3 substrate after controlled exposure to water. Water undergoes mainly dissociative adsorption on the surface. The Ti on-top site is the dominant site for OH- chemisorption. One fifth of the surface Ti atoms bind to OH-. The concentration of surface oxygen vacancies acts mainly to favor initial physisorption. Before exposure to water, the outward pointing polarization in the BTO film is stabilized by atomic rumpling in the TiO2 termination layer. After exposure to water, the chemisorbed OH- species provide the screening, inverting the surface dipole layer and stabilizing the bulk polarization. Molecular adsorption is observed only for high water coverage. This work was published by Journal of Physical Chemistry C (J. Phys. Chem. C 116 21802 (2012)).
the surface potential contrast between oppositely polarized ferroelectric domains of a BaTiO3 (001) single crystal under ultraviolet (UV) illumination before and after the dissociative adsorption of water is measured using the transition from mirror electron microscopy to low-energy electron microscopy. Both photo-generated free charge carriers and dissociative adsorption of water are effective screening mechanisms of the surface polarization charge. The screening rate is dominated by drift, whereas the relaxation in the absence of UV light is driven by thermal diffusion. Surface chemistry plays an important role in the surface charge dynamics. This work has been published by Applied physics letter (Appl. Phys. Lett. 101 092902 (2012)).
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The fundamental property of ferroelectric (FE) materials is their electrically switchable spontaneous polarization below the Curie temperature. However, the direction of the polarization in FE thin films is not only the result of an external electrical potential difference since it usually results from the minimization of the electrostatic energy in the whole sample. The polarization charge at the surface can be screened through a variety of mechanisms including extrinsic screening by adsorbate species, intrinsic screening by defects or free charge carriers in for example adjacent electrodes, surface and near surface structural changes (rumpling, relaxation and reconstruction) and by domain ordering which reduces the energy of the system by screening the depolarizing field through ordering of the FE domains with anti-parallel polarization.
It has been suggested that oxygen vacancies stabilize negative polarization, i.e. polarization pointing inwards. The topology of the surface FE order is therefore a complex interaction of the chemical and electronic environment.
In this project, photoelectron spectroscopy with energy, wave-vector and spatial resolution will be used to study the electronic and chemical structure of the FE topology and the mechanisms responsible for chemically induced switching. Surface composition by high resolution XPS and band structure determination by ARUPS will be compared with theory. Structural determination will include electron diffraction (LEED, RHEED) and X-ray photoelectron diffraction (XPD), while the surface morphology, FE topology and chemistry will be assessed by scanning probe microscopy (SPM) techniques and by low energy electron microscopy (LEEM) and photoelectron emission microscopy (real and reciprocal space PEEM). The project will advance understanding of the electronic, structural, and compositional origins of chemical switching of polarization. It will explore the chemical potential-temperature phase diagrams through the use of atomic oxygen and vicinal surfaces. Finally, it will furnish an understanding of the switching chemistry vital to a wide range of applications such as ferroelectric enhanced catalysis and photolysis, chemical sensing, screening mechanisms in oxide based electronics.
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La propriété fondamentale des matériaux ferroélectriques (FE) est leur polarisation spontanée électriquement inversible sous la température de Curie. Cependant, la direction de la polarisation dans les couches minces FE n'est pas seulement le résultat d'une différence de potentiel électrique externe puisqu'elle résulte de la minimisation de l'énergie électrostatique au sein de l'échantillon tout entier. La charge de polarisation en surface peut être écrantée par de multiples mécanismes parmi lesquels on distingue l'écrantage extrinsèque par des espèces adsorbées, l'écrantage intrinsèque par des défauts ou des porteurs libres de charge dans le cas d'électrodes adjacentes par exemple, les changements structuraux en surface ou près de la surface (froissement, relaxation et reconstruction) et enfin par la formation de domaines qui réduisent l'énergie du système en écrantant le champ électrique dépolarisant par leur arrangement anti-parallèle.
Il a été suggéré que les lacunes d'oxygène stabilisent une polarisation négative, i.e. une polarisation pointant vers l'intérieur. La topologie du paramètre d'ordre FE de surface résulte donc d'une interaction complexe entre les environnements chimique et électronique.
Dans le cadre de ce projet, la spectroscopie d'électron résolue en énergie, vecteur d'onde et spatialement sera utilisée pour étudier la structure électronique et chimique de la topologie ferroélectrique ainsi que les mécanismes responsables du basculement chimique de la polarisation. La composition de surface obtenue par XPS à haute résolution et la structure de bande déterminée par ARUPS seront comparées avec des résultats théoriques. La structure sera caractérisée par diffraction électronique (LEED, RHEED et XPD) tandis que la morphologie, la topologie ferroélectrique et la chimie de surface seront analysées par des techniques de microscopie à sonde locale (SPM) et par microscopie d'électrons lents (LEEM) et microscopie d'électrons photoémis (PEEM). Le projet enrichira la compréhension sur les origines électroniques et structurales ainsi que sur les propriétés chimiques du basculement chimique de la polarisation. Il explorera les diagrammes de phase reliant le potentiel chimique à la température par l'utilisation d'oxygène atomique et de surfaces vicinales. Enfin, il apportera la compréhension de la chimie de basculement de la polarisation, cruciale pour une large variétés d'applications telles que la catalyse et la photolyse améliorées par les ferroélectriques, la détection chimique ainsi que les mécanismes d'écrantage qui règnent au sein des composés électroniques basés sur les oxydes.
Globally large efforts are dedicated to improve the sensitivity of NMR mainly via two complementary approaches:
However these developments entail the appearance of new phenomena related to the non-linear evolution of nuclear magnetization in liquid samples (See for instance for a review in this field).
In most cases they result from the intricate combination of:
These effects are actually met in a wide range of other physical systems (such as Bose-Einstein condensates, superfluid 3He, or quantum entangled spin systems).
Projet ANR PELIICAEN : Plateforme pour l'Etude de L'Implantation Ionique Contrôlée et Analysée à l'Echelle Nanométrique
Suivre le lien ;
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Blanc - SIMI 5 - Physique subatomique et théories associées, astrophysique, astronomie et planétologie (Blanc SIMI 5) 2013
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Projet ANR SIISU: Nano-structuration des surfaces par impact ionique
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Décembre 2013 - Mai 2017
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Décembre 2010 - Décembre 2014 (clos)
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ANR-12-BSV5-0003, coordination and contact Patrick Berthault - LSDRM.
This ambitious project aims at proposing the combined use of hyperpolarized 129Xe NMR, micro-fluidics and micro-coils as an ultra sensitive biosensing tool for diagnosis purposes.
The final objective of this project is to integrate all developments and discoveries in an NMR lab-on-chip type system of general applicability for various in vitro biological diagnoses on commercial NMR spectrometers.
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We have identified the ferroelectric phase in a quasiamorphous (QA) ultrathin BaTiO3 (BTO) film. In-plane clamping prevents nucleation of the as-deposited amorphous BTO during annealing in O2 flow and results in the formation of a QA phase. The amorphous nature is confirmed by in- and out-of-plane XRD. FE polarized domains with good retention have been successfully written into the film and the FE nature is proven by a clear P-E hysteresis curve. In the literature, the QA phase was generated from the strain induced by pulling through a high temperature gradient, whereas here the strain state is governed by surface clamping. We demonstrate the preparation of a QA FE BTO thin film grown on SrTiO3 (STO) substrate by uniform post-deposition annealing.
For more details see Physical Review B (Phys. Rev. B 84, 205426 (2011)) "editors' suggestion'.
Secondly, we have studied the atomic and chemical structure of the surface of a fully strained, TiO2-terminated, ferroelectric BaTiO3(001) epitaxial film on a SrTiO3 substrate after controlled exposure to water. Water undergoes mainly dissociative adsorption on the surface. The Ti on-top site is the dominant site for OH- chemisorption. One fifth of the surface Ti atoms bind to OH-. The concentration of surface oxygen vacancies acts mainly to favor initial physisorption. Before exposure to water, the outward pointing polarization in the BTO film is stabilized by atomic rumpling in the TiO2 termination layer. After exposure to water, the chemisorbed OH- species provide the screening, inverting the surface dipole layer and stabilizing the bulk polarization. Molecular adsorption is observed only for high water coverage. This work was published by Journal of Physical Chemistry C (J. Phys. Chem. C 116 21802 (2012)).
the surface potential contrast between oppositely polarized ferroelectric domains of a BaTiO3 (001) single crystal under ultraviolet (UV) illumination before and after the dissociative adsorption of water is measured using the transition from mirror electron microscopy to low-energy electron microscopy. Both photo-generated free charge carriers and dissociative adsorption of water are effective screening mechanisms of the surface polarization charge. The screening rate is dominated by drift, whereas the relaxation in the absence of UV light is driven by thermal diffusion. Surface chemistry plays an important role in the surface charge dynamics. This work has been published by Applied physics letter (Appl. Phys. Lett. 101 092902 (2012)).
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The fundamental property of ferroelectric (FE) materials is their electrically switchable spontaneous polarization below the Curie temperature. However, the direction of the polarization in FE thin films is not only the result of an external electrical potential difference since it usually results from the minimization of the electrostatic energy in the whole sample. The polarization charge at the surface can be screened through a variety of mechanisms including extrinsic screening by adsorbate species, intrinsic screening by defects or free charge carriers in for example adjacent electrodes, surface and near surface structural changes (rumpling, relaxation and reconstruction) and by domain ordering which reduces the energy of the system by screening the depolarizing field through ordering of the FE domains with anti-parallel polarization.
It has been suggested that oxygen vacancies stabilize negative polarization, i.e. polarization pointing inwards. The topology of the surface FE order is therefore a complex interaction of the chemical and electronic environment.
In this project, photoelectron spectroscopy with energy, wave-vector and spatial resolution will be used to study the electronic and chemical structure of the FE topology and the mechanisms responsible for chemically induced switching. Surface composition by high resolution XPS and band structure determination by ARUPS will be compared with theory. Structural determination will include electron diffraction (LEED, RHEED) and X-ray photoelectron diffraction (XPD), while the surface morphology, FE topology and chemistry will be assessed by scanning probe microscopy (SPM) techniques and by low energy electron microscopy (LEEM) and photoelectron emission microscopy (real and reciprocal space PEEM). The project will advance understanding of the electronic, structural, and compositional origins of chemical switching of polarization. It will explore the chemical potential-temperature phase diagrams through the use of atomic oxygen and vicinal surfaces. Finally, it will furnish an understanding of the switching chemistry vital to a wide range of applications such as ferroelectric enhanced catalysis and photolysis, chemical sensing, screening mechanisms in oxide based electronics.
ANR-12-BSV5-0003, coordination and contact Patrick Berthault - LSDRM.
This ambitious project aims at proposing the combined use of hyperpolarized 129Xe NMR, micro-fluidics and micro-coils as an ultra sensitive biosensing tool for diagnosis purposes.
The final objective of this project is to integrate all developments and discoveries in an NMR lab-on-chip type system of general applicability for various in vitro biological diagnoses on commercial NMR spectrometers.
Globally large efforts are dedicated to improve the sensitivity of NMR mainly via two complementary approaches:
However these developments entail the appearance of new phenomena related to the non-linear evolution of nuclear magnetization in liquid samples (See for instance for a review in this field).
In most cases they result from the intricate combination of:
These effects are actually met in a wide range of other physical systems (such as Bose-Einstein condensates, superfluid 3He, or quantum entangled spin systems).
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Décembre 2010 - Décembre 2014 (clos)
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La propriété fondamentale des matériaux ferroélectriques (FE) est leur polarisation spontanée électriquement inversible sous la température de Curie. Cependant, la direction de la polarisation dans les couches minces FE n'est pas seulement le résultat d'une différence de potentiel électrique externe puisqu'elle résulte de la minimisation de l'énergie électrostatique au sein de l'échantillon tout entier. La charge de polarisation en surface peut être écrantée par de multiples mécanismes parmi lesquels on distingue l'écrantage extrinsèque par des espèces adsorbées, l'écrantage intrinsèque par des défauts ou des porteurs libres de charge dans le cas d'électrodes adjacentes par exemple, les changements structuraux en surface ou près de la surface (froissement, relaxation et reconstruction) et enfin par la formation de domaines qui réduisent l'énergie du système en écrantant le champ électrique dépolarisant par leur arrangement anti-parallèle.
Il a été suggéré que les lacunes d'oxygène stabilisent une polarisation négative, i.e. une polarisation pointant vers l'intérieur. La topologie du paramètre d'ordre FE de surface résulte donc d'une interaction complexe entre les environnements chimique et électronique.
Dans le cadre de ce projet, la spectroscopie d'électron résolue en énergie, vecteur d'onde et spatialement sera utilisée pour étudier la structure électronique et chimique de la topologie ferroélectrique ainsi que les mécanismes responsables du basculement chimique de la polarisation. La composition de surface obtenue par XPS à haute résolution et la structure de bande déterminée par ARUPS seront comparées avec des résultats théoriques. La structure sera caractérisée par diffraction électronique (LEED, RHEED et XPD) tandis que la morphologie, la topologie ferroélectrique et la chimie de surface seront analysées par des techniques de microscopie à sonde locale (SPM) et par microscopie d'électrons lents (LEEM) et microscopie d'électrons photoémis (PEEM). Le projet enrichira la compréhension sur les origines électroniques et structurales ainsi que sur les propriétés chimiques du basculement chimique de la polarisation. Il explorera les diagrammes de phase reliant le potentiel chimique à la température par l'utilisation d'oxygène atomique et de surfaces vicinales. Enfin, il apportera la compréhension de la chimie de basculement de la polarisation, cruciale pour une large variétés d'applications telles que la catalyse et la photolyse améliorées par les ferroélectriques, la détection chimique ainsi que les mécanismes d'écrantage qui règnent au sein des composés électroniques basés sur les oxydes.
ANR-12-BSV5-0003, coordination and contact Patrick Berthault - LSDRM.
This ambitious project aims at proposing the combined use of hyperpolarized 129Xe NMR, micro-fluidics and micro-coils as an ultra sensitive biosensing tool for diagnosis purposes.
The final objective of this project is to integrate all developments and discoveries in an NMR lab-on-chip type system of general applicability for various in vitro biological diagnoses on commercial NMR spectrometers.