Spectroscopie de liquides polaires nanoconfinés

Description

L’eau confinée à l’échelle nanométrique présente des comportements inattendus, comme l’ont montré les avancées récentes en nanofluidique [1]. Un exemple frappant est ce que l’on appelle l’anomalie diélectrique : sous fort confinement, la permittivité diélectrique de l’eau diminue d’un facteur 40 par rapport à sa valeur en volume [2]. Ce phénomène a des implications importantes pour les processus biologiques se déroulant à l’échelle nanométrique, ainsi que pour des applications de stockage d’énergie telles que les supercondensateurs.

Pourtant, le mécanisme physique à l’origine de l’anomalie diélectrique fait encore l’objet d’un débat [3]. Un obstacle majeur réside dans la rareté des données expérimentales sur le sujet. L’objectif de ce projet est de développer une plateforme de spectroscopie diélectrique capable de sonder non seulement la réponse statique, mais aussi la dynamique des liquides polaires sous confinement extrême. Pour cela, nous fabriquerons des nanocanaux au sein d’empilements de matériaux 2D, tels que le graphite ou le hBN, qui offrent des surfaces exceptionnellement planes et permettent de contrôler l’épaisseur des canaux avec une précision inférieure au nanomètre [2] (voir la figure ci‑dessous). En combinant l’expertise du laboratoire en spectroscopie des liquides polaires avec les avancées récentes en nanofluidique, nous visons à accéder à des régimes expérimentaux jusqu’ici hors de portée et à élucider le rôle des corrélations dipolaires dans la réponse diélectrique des liquides sous confinement.

Left: Optical image of the device showing a stack of 2D materials. Center: AFM image of nanochannels. Right: Schematic of a cross-section of a nanochannel filled with water.

Nous recherchons un ou une étudiant(e) en master ayant une formation en physique, en science des matériaux ou en physico-chimie, avec un fort intérêt pour les questions à l’interface entre la physique des liquides et les phénomènes interfaciaux. Au cours du stage, l’étudiant(e) se formera et acquerra de l’expérience en nanofabrication, en développement de dispositifs expérimentaux et en spectroscopie diélectrique. Ce stage pourra déboucher sur une thèse (financée par l’ANR).

Réferences:

[1] Bocquet, Nat. Mat. 2020.
[2] Fumagalli et al., Science, 2018.
[3] Olivieri et al., JCP, 2021.