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Les programmes de recherche du LLB


STRUCTURES ORDONNEES
Monocristaux
Poudres
Densité d'aimantation
Textures Contraintes

SYSTEMES DESORDONNES
Ordre local
Systèmes magnétiques désordonnés

SYSTÈMES QUASI-PÉRIODIQUES
Incommensurables
Quasicristaux

DYNAMIQUE
Aspect collectif
Aspect individuel
Composés moléculaires
Supraconducteurs à haute température critique
Composés à fermions lourds

PHYSICOCHIMIE, BIOLOGIE
Théorie
Polymères réticulés, gels, systèmes denses
Polymères et polyélectrolytes en solution, polymères cristaux liquides
Copolymères séquencés
Colloïdes, membranes
Polymères adsorbés et greffés
Surfaces et interfaces
Systèmes biologiques

DEVELOPPEMENTS TECHNIQUES
Optique neutronique
Electronique et informatique


Quelques exemples de travaux menés au laboratoire.

STRUCTURES ORDONNÉES

Monocristaux

La mesure de l'intensité d'un grand nombre de raies de diffraction permet de résoudre les problèmes de détermination de structure cristalline et/ou magnétique: supraconducteurs de haute température critique, fullerènes, composés moléculaires... Deux diffractomètres 4-cercles sont présents au LLB, qui utilisent respectivement des neutrons chauds et thermiques. La possibilité d'expériences réalisées en géométrie " bras levant " permet l'accès aux diagrammes de phases magnétiques : structure - champ appliqué.

Poudres

La détermination des structures cristallines et magnétiques peut bien entendu être faite par diffraction de neutrons sur poudre. Deux diffractomètres 2-axes " haute résolution " sont plus particulièrement réservés aux structures cristallines; les études de structures et transitions de phases magnétiques utilisent de préférence un spectromètre de plus grande longueur d'onde, équipé d'un multidétecteur.

Densité d'aimantation

Les neutrons polarisés, en permettant une séparation précise des contributions nucléaires et magnétiques d'un même facteur de structure, fournissent un outil puissant pour l'étude des densités d'aimantation.

Textures

L'analyse des textures permet de préciser la distribution des orientations cristallines des grains d'un solide, en relation avec ses propriétés. Les mesures de texture par diffraction neutronique permettent d'obtenir des figures de pôles complètes, de haute qualité, et de déterminer la texture globale d'un échantillon massif (cm3).

Contraintes

L'analyse détaillée des positions et des largeurs de raie permet de mesurer de façon non destructive les contraintes mécaniques à l'intérieur d'une pièce avec et sans sollicitation extérieure.


SYSTEMES DÉSORDONNÉS

Ordre local

La détermination du facteur de structure des systèmes liquides et amorphes, métalliques ou covalents, conduit à l'ordre local topologique.
D'autre part, la mesure de l'intensité diffuse dans les cristaux permet d'atteindre l'ordre chimique à courte distance, ainsi que les distorsions de réseau.
Dans les deux cas, on peut remonter à des potentiels de paires effectifs.

Systèmes magnétiques désordonnés

Ce titre comprend plusieurs thèmes. Dans les systèmes faiblement désordonnés, des mesures d'anomalie d'ondes de spin permettent de comprendre l'état magnétique frustré. L'utilisation des neutrons polarisés ou non polarisés pour les multicouches magnétiques permet la détermination des structures magnétiques et donc des couplages intercouches : ce couplage est responsable de la magnétorésistance géante. Enfin, la mesure des énergies d'anisotropie et des énergies de couplage entre amas magnétiques permettent d'étudier les propriétés de relaxation magnétique des systèmes de taille nanométrique.


SYSTEMES QUASI-PÉRIODIQUES

Incommensurables

On développe des modèles de structures incommensurables, dans lesquels le concept de transition par brisure d'analycité joue un rôle essentiel. A température suffisamment basse, ces structures non analytiques peuvent être décrites par des modèles de type gaz sur réseau. A trois dimensions, les résultats permettent d'interpréter des phénomènes de conductivité non linéaire observés dans certains systèmes à ondes de densité de charge. Récemment, un composé diélectrique : le chlorure de bétaine et de calcium dihydraté, a été synthétisé. Il se présente comme système prototype sur lequel on peut vérifier expérimentalement les modèles théoriques déjà proposés.

Quasicristaux

Ces alliages (Al-Mn-Pd ou Al-Cu-Fe) présentent des raies de diagrammes de diffraction très fines, mais qui ne respectent pas l'invariance de translation des réseaux cristallins à trois dimensions. Des études sont entreprises pour étudier la dynamique du réseau et des sauts atomiques (phasons). On étudie également le magnétisme du Mn dans le système Al-Mn-Pd et la persistance de l'ordre icosaédrique dans sa phase liquide.


DYNAMIQUE

Aspect collectif

Le spectromètre à 3 axes permet de mesurer les courbes de dispersion des excitations collectives présentes dans les solides, fluctuations des positions atomiques (phonons) ou des moments magnétiques (magnons). Les travaux portent principalement sur l'étude des mécanismes de transition de phase, les effets de couplage électrons-phonons, et les conséquences de la compétition entre caractéristiques locales et collectives sur les propriétés structurales électroniques et magnétiques.

Aspect individuel

Lorsqu'un noyau possède une section efficace incohérente importante, la diffusion inélastique des neutrons permet d'accèder à la dynamique individuelle de ce noyau. Cette possibilité est particulièrement mise à profit dans le cas d'atomes d'hydrogène: rotation de groupement CH3, diffusion de l'hydrogène dans les métaux, CH4 adsorbé dans une zéolithe.

Composés moléculaires

Parmi toutes les transitions structurales mettant en jeu le couplage électron-phonon, nous nous intéressons aux transitions neutres-ioniques de type Peierls-Hubbard dans les composés organiques à transfert de charges comme TTF-CA. La diffusion élastique et inélastique des neutrons se prête bien à l'étude des mécanismes microscopiques qui régissent ces transitions.

Supraconducteurs à haute température critique

Ces matériaux sont des oxydes métalliques possèdant un caractère électronique fortement bidimensionnel. L'élaboration de certains et leur étude par diffraction des rayons X et des neutrons (nucléaire et magnétique), et par diffusion inélastique des neutrons, contribuent à élucider les propriétés anormales de la phase normale et le mécanisme de cette nouvelle supraconductivité.

Composés à fermions lourds

On désigne sous ce nom certains composés de terres rares ou d'actinides dans lesquels les électrons présents au niveau de Fermi acquièrent du fait de leurs corrélations des masses effectives extrêmement fortes atteignant 100 à 1000 fois celle de l'électron libre. L'étude des interactions magnétiques et des spectres d'excitations par diffusion de neutrons aide à comprendre la nature et l'origine des différentes phases observées à basse température (ordonnée magnétiquement, liquide de Fermi, supraconductrice).


PHYSICOCHIMIE, BIOLOGIE

Théorie

Sont étudiées les propriétés structurales et dynamiques des polymères branchés et des gels à l'état natif, ainsi qu'en présence de solvant. Les propriétés visco-élastiques de ces milieux sont également abordées, comme l'adsorption de polymères linéaires ou branchés sur des surfaces ou des interfaces (conformation des polymères en fonction de la concentration à la surface et de l'énergie de l'attraction par la surface). La cinétique d'adsorption est considérée.

Polymères réticulés, gels, systèmes denses

Lorsqu'on ponte chimiquement des chaines, polymères ou copolymères, on obtient des réseaux. Si l'ensemble baigne dans un solvant, on produit, selon les cas (température, concentration), un gel ou un caoutchouc. On étudie les propriétés statiques et dynamiques (rhéologie) de ces états physiques.

Polymères et polyélectrolytes en solution, polymères cristaux liquides

Détermination des facteurs de forme et des fonctions de corrélation interchaînes de polymères, neutres ou chargés, en solution et dans différents environnements. Détermination des longueurs caractéristiques à l'aide de la deutériation comme méthode de marquage. Etude des polymères mésomorphes, dont chaque monomère comporte une molècule cristal liquide, dans leur phase nématique ou smectique.

Copolymères séquencés

On s'intéresse à la formation de micelles et d'agrégats lorsque les copolymères séquencés sont mis en solution dans un non solvant d'une des séquences. Les copolymères triséquencés forment soit des entités peu denses de structure similaire à celle des " animaux ", soit des micelles denses semblables à celles formées par les copolymères biséquencés. Les copolymères triséquencés en solution semi-diluée sont des cristaux mais aussi des liquides Newtoniens. Les résultats sont obtenus par diffusion de lumière (statique et dynamique), par diffusion de neutron et par mesure de viscosité.

Colloïdes, membranes

Les systèmes colloïdaux-micelles, microémulsions, vésicules, membranes, etc. ont en général des diagrammes de phase complexes. Le marquage par deuteriation sélective est particulièrement intéressant dans l'étude des facteurs de forme et des interactions. Ces dernières peuvent souvent être modélisées par des théories de la Physique des Liquides, ce qui permet de tester la validité de potentiels intermoléculaires.

Polymères adsorbés et greffés

L'adsorption des polymères aux interfaces suscite de nombreuses études fondamentales et motivée également les industriels, les modifications ainsi produites étant à l'origine de nombreuses applications (peintures, encres). Les neutrons permettent une description fine de la structure de la couche adsorbée (profil de concentration et mise en évidence d'une structure auto-similaire).

Surfaces et interfaces

L'utilisation de la réflectivité de neutrons associée aux techniques de marquage isotopique des polymères par du deutérium permet de mesurer les profils de concentration au voisinage des surfaces et interfaces. On peut ainsi étudier l'interdiffusion entre polymères fondus, les conformations de polymères en surface de solvants ou les couches de Langmuir-Blodgett déposées sur un liquide ou un solide.

Systèmes biologiques

L'eau joue un rôle essentiel dans la structure, la dynamique et la fonction des macromolécules biologiques, où elle se trouve localisée dans de petits volumes ou au voisinage de surfaces hydrophiles. La diffusion des neutrons du fait de leur sensibilité aux noyaux d'hydrogène et à la substitution isotopique hydrogène/deuterium est une sonde particulièrement bien adaptée à l'étude de l'eau dans ces conditions particulières, aussi bien qu'à la dynamique des protéines dans des échelles de temps allant de la picoseconde à la nanoseconde.


DEVELOPPEMENTS TECHNIQUES

Optique neutronique

L'utilisation de multicouches du type Ni/Ti permet la fabrication de dispositifs d'optique neutronique tels que monochromateurs et supermiroirs. En collaboration avec la société CILAS, nous travaillons à optimiser leurs performances, ainsi qu'à bien maîtriser leur tenue sous irradiation.

Electronique et informatique

Conception, étude et réalisation des dispositifs électroniques nécessaires à l'acquisition des données, au pilotage des spectromètres et au conditionnement des échantillons, la normalisation étant poussée jusqu'au niveau conversationnel avec Ies ordinateurs de pilotage. Par ailleurs, gestion du réseau informatique local reliant les ordinateurs d'acquisition des données et les ordinateurs de traitement, ainsi que des interfaces avec les réseaux informatiques nationaux et internationaux.

LABORATOIRE LEON BRILLOUIN mise à jour : 27/07/99
Programmes © CEA-CNRS 1999