CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé

Faits marquants scientifiques 2021

15 octobre 2021

Graphene is a very promising material for a wide range of applications in Nanoelectronics.  Unfortunately, it presents a metallic character, which implies the need to look for alternative strategies in order to design and fabricate elementary electronic devices like diodes or transistors. This aspect constitutes a severe limitation in the field of numeric electronic or future telecommunications. A possible way to overcome this limitation is to consider new 2D materials in order to combine them with graphene eventually, in the design of future nanoelectronic devices. In this respect, phosphorene, a 2D material composed of one or several atomic layers of black phosphorous, offers a new opportunity to tackle this challenge. Indeed, phosphorene is a 2D semiconductor with very interesting properties compared to the ones of graphene. In particular, phosphorene combines in the meantime a direct bandgap, which is tunable as a function of the number of layers, and a high value of charge mobility. 

Until now, similarly to numerous 2D materials, phosphorene has mainly been obtained through exfoliation process. However, in order to obtain well-controlled phosphorene layers, procedures commonly used in industry like molecular beam epitaxy (MBE) and chemical vapour deposition (CVD) must be used to explore a large range of growing conditions and therefore to develop protocols adapted to the fabrication of new electronic devices.

In this context, three teams from Université Paris Saclay, namely ISMO-CNRS, TEMPO-Synchrotron SOLEIL and SPEC (CEA-CNRS), in collaboration with a group from Central Florida University, have achieved for the first time the synthesis of phosphorene chains on silver using MBE.

In this work, the researchers have evaporated phosphorous atoms under ultra-high vacuum on a (111) oriented silver crystal. The combination of tunnelling microscopy and spectroscopy (STM-STS), low energy electron diffraction (LEED), photoelectron spectroscopy (PES) and angle resolved photoemission spectroscopy (ARPES) has allowed identifying the atomic and electronic structures of phosphorene chains. These phosphorene chains exhibit an armchair shape and present a semiconductor character with an intrinsic bandgap of 1.8 eV (Figure 1).

02 juin 2021
An international consortium of physicists from the University of Regensburg, SPEC, the University of Marburg, and the Russian Academy of Sciences in Novosibirsk observed a new kind of light emission when electrons in topological insulators abruptly reverse their direction of motion. Under THz driving surface electrons -- ``inertia-free'' massless Dirac particles -- are accelerated through the topologically non-trivial band structure, whose imprints on their dynamics leads to the emission of unconventional higher-order harmonic (HH) radiation. The study provides a platform to explore topology and relativistic quantum physics in strong-field control, and could lead to non-dissipative topological electronics at infrared frequencies.

 

06 avril 2021
Des chercheurs des équipes Nanoélectronique et Modélisation et Théorie du SPEC, en collaboration avec des expérimentateurs du NTT-BRL et du NIMS (Japon) et des théoriciens du KAIST (Corée), ont mis au point de nouveaux séparateurs accordables d'ondes électroniques au sein du graphène, dont le principe utilise ses symétries cristallines. En utilisant ces séparateurs de faisceau, les chercheurs montrent qu'il est possible de réaliser l'analogue électronique d'un interféromètre optique de type Mach-Zehnder, dont la transmission des séparateurs peut être ajustée. L'analyse des interférences quantiques électroniques observées montre que le graphène pourrait être utilisé pour réaliser des circuits quantiques complexes avec l'avantage d'un très haut degré de robustesse à la décohérence.

 

01 février 2021

En 1983, iI a été prédit théoriquement par A. Schmid que toute jonction Josephson dans son état fondamental, shuntée par une résistance R de forte valeur ne devrait pas être supraconductrice mais isolante.

Même si plusieurs expériences avaient prétendu confirmer cette théorie, des physiciens du SPEC et d'universités allemandes viennent de démontrer que l'état isolant prévu n'existe pas. Ce résultat résout ainsi le paradoxe créé par la prédiction, selon lequel à la limite R infini, aucune jonction Josephson ne devrait être supraconductrice !

 

28 février 2021

La plupart des fluides qui nous entourent -atmosphère, océans, rivières- sont turbulents et caractérisés par des mouvements tourbillonnaires et fluctuants sur une large gamme d’échelles spatiale et temporelle. Ainsi, alors qu’on connaît leurs équations d’évolution - les équations de Navier-Stokes - depuis près de 200 ans, on ne peut que rarement reproduire leur comportement "in silico" avec une simulation numérique sans modèle additionnel pour les petites échelles, faute d’espace mémoire et de capacité de calcul suffisants, même sur les ordinateurs actuels les plus performants.

Ainsi, pour comprendre les propriétés des écoulements très turbulents, les expériences "in fluido" restent incontournables, même s'il est souvent difficile d’avoir accès à des cartographies détaillées du mouvement tourbillonnaire à toutes les échelles, faute de moyens de mesures adaptés.

Une collaboration entre les équipes expérimentales du SPEC/SPHYNX et du LMFL et une équipe numérique du LIMSI a réussi pour la première fois la prouesse de produire une comparaison détaillée des propriétés locales et globales de la turbulence sur une grande gamme d’échelles dans un écoulement de von Kármán. Cette avancée a pu être obtenue grâce à des méthodes innovantes de simulations numériques et des méthodes d’imagerie laser à très haute résolution. Ces études vont prochainement être complétées à des échelles encore plus petites grâce à l’arrivée au SPEC/SPHYNX d'u' nouveau dispositif "Giant Von Kármán".

19 février 2021
Une équipe réunissant des chercheurs du SPEC, de l’IPhT et de l’ENS-Paris a montré l’absence de transition de Gardner dans un verre moléculaire archétypique – le glycerol - jusqu’à une température de 10 K. Cette transition, déjà identifiée dans d’autres systèmes vitreux (granulaires vibrés ou colloïdes) pourrait être la clef permettant de relier la façon dont ces systèmes amorphes se figent – lorsqu’ils se forment - à leurs propriétés mécaniques lorsqu’ils sont solides. On peut ainsi entrevoir un début d’explication à la différence entre matériaux amorphes mécaniquement fragiles ou non [1].

 

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