en direct des laboratoires de l'Institut de physique

2015 en direct des laboratoires de

l’Institut de physique

www.cnrs.fr

Illustration de couverture :

Echantillon de rein de souris, inclus dans de la résine époxy, analysé en imagerie plasma induit par laser. L’impulsion laser est

focalisée par un objectif pour créer un micro-plasma, dont le rayonnement est analysé par spectroscopie optique. Cette analyse

révèle la composition élémentaire de cet échantillon. Les images sont obtenues point par point par balayage de l’échantillon.

© ILM/CNRS Photothèque/MOTTO-ROS Vincent

1

Editorial

La recherche en physique explore et repousse les limites de la connaissance des lois fondamentales qui

régissent le fonctionnement du monde qui nous entoure. De cette recherche surgissent des éléments

de réponse aux grands enjeux sociétaux actuels, via le développement d’applications nouvelles ou

inattendues. La production scientifique des laboratoires de l’institut constitue le cœur et le moteur de

ce processus. Nous avons la mission de la valoriser, dans sa richesse et sa diversité, de diffuser et

partager les avancées des connaissances avec différents publics, de souligner l’importance du travail

collectif réalisé par les équipes de recherche et les acteurs de la communication aux échelles locales,

régionales et nationales.

Ce fascicule rassemble une année d’actualités scientifiques et d’actualités « innovation » issues des

publications proposées et traitées à l’INP, accompagnées de chiffres clés. Nous remercions tous ceux

qui ont contribué, par leurs propositions nombreuses et de qualité, à ce panorama des activités de la

recherche de l’institut. Celui-ci sera disponible en ligne sur le site web de l’INP, où vous retrouverez

également le guide « De la publi au public », qui vous permettra de poursuivre cette démarche et de

répondre aux questions que vous vous posez dans la préparation d’une actualité scientifique.

En matière d’innovation et de partenariats industriels, l’institut poursuit sa volonté de soutenir le

potentiel innovant des travaux de recherche dans les laboratoires, le développement de leurs relations

avec les partenaires du monde industriel. Cela se traduit en particulier par la publication des actualités

« innovation » en ligne et des contributions, de plus en plus nombreuses, à la « Lettre Innovation du

CNRS », diffusée à la presse économique et aux acteurs du secteur.

Centré sur les actualités issues des laboratoires en 2015, ce fascicule n’a pas l’exhaustivité de la

brochure « Une année avec l’INP » qui pré-existait depuis 2011. Celle-ci, dans le cadre de l’évolution

des supports de communication en cours à l’échelle nationale, laisse place au présent fascicule qui

sera suivi d’un rapport d’activité qui dressera un bilan plus complet des orientations et actions menées

au sein de l’institut en 2015.

2015, année de transition, a également été marquée par des changements parmi vos interlocuteurs à

l’INP avec l’arrivée en fin d’année d’une responsable et d’une chargée de communication, notamment.

En matière de communication à l’INP, les fondements étaient bien établis et les missions, en lien étroit

avec les laboratoires, restent inchangées : accompagner la communication de ses laboratoires et

valoriser les travaux, du fondamental à l’appliqué, contribuer à la diffusion de la culture scientifique

vers les jeunes, les enseignants, le grand public, fédérer la communauté de la physique grâce à notre

collaboration avec la Société française de physique (SFP), par exemple. Et bien sûr, poursuivre les

actions en faveur de l’égalité professionnelle dans le cadre de « Femmes en physique » !

Alain Schuhl

Sommaire

Valoriser la recherche issue des laboratoires 4

Actualités Innovation 5

Actualités scientifiques 11

Métrologie - Références 13

Molécules - Agrégats 19

Boîtes quantiques - Photons uniques 27

Nanotubes - Nanofils 35

Spintronique - Matériaux 2D - Electrons dans les solides 43

Atomes froids 55

Effets collectifs - Auto-organisation - Interface biologie - Plasmas - Physique macroscopique -

Théorie - protons 61

Actualités interface 75

La communication en chiffres 78

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Conception :Communication de l’Institut de physique (INP)

Jean-Michel Courty, chargé de mission pour la communication scientifique

Marie Signoret, responsable de la communication

Marine Charlet-Lambert, chargée de communication

Contact : [email protected]

Ce document s’appuie sur le travail réalisé en 2015 par l’équipe communication en place à cette période :

Catherine Dematteis, Simon Jumel et Jean-Michel Courty.

Adaptation graphique et mise en page :Marine Charlet-Lambert

Impression et façonnage :CNRS - 3, rue Michel-Ange - 75794 Paris Cedex 16

Mars 2016

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Valoriser la recherche issue des laboratoires

Les publications scientifiques « significatives » ou marquantes issues de vos laboratoires et portées à la connaissance

de l’institut par leurs auteurs peuvent donner lieu à des communiqués de presse CNRS, des actualités scientifiques

ou des actualités « innovation » de l’INP, ainsi qu’à des articles dans les supports CNRS Le journal/CNRS News

(version en anglais).

Lorsque les propositions parviennent à l’Institut, le directeur adjoint scientifique concerné et l’équipe communication

les valident et déterminent le mode de traitement le plus approprié sur la base de l’intérêt scientifique du sujet et

de sa portée en communication, dans un souci d’équilibre thématique et géographique. Pour l’ensemble de ces

articles, le travail de préparation s’effectue en lien étroit avec les chercheurs/euses auteurs des travaux, qui en sont

les derniers relecteurs. Ce processus fait l’objet d’une validation finale par la direction scientifique.

Les projets de communiqués de presse, argumentés, sont soumis au bureau de presse du CNRS qui décide de les

traiter sous cette forme, destinée à la presse grand public nationale. Le pas de temps de ce processus est rapide,

les communiqués sont diffusés aux journalistes sous embargo avant le jour de parution de la publication dans la

revue de référence.

Élaborées par l’équipe communication de l’institut, les actualités scientifiques s’adressent à un public sensibilisé à

la physique, donc « averti ». Ce processus implique un temps de traitement plus important à partir de la réception de

la publication à paraître et s’applique également à des articles récemment parus. Ces actualités sont diffusées aux

medias via la lettre bimensuelle « En direct des labos » du CNRS, ainsi qu’aux directeurs d’unité, aux correspondants

communication et tout autre partenaire concerné. Les sujets « innovation » traités en actualité par un journaliste

alimentent également « La Lettre innovation du CNRS » diffusée aux journalistes et aux acteurs du monde économique.

Les sujets proposés par les laboratoires peuvent également faire l’objet d’articles dans CNRS Le journal ou sa

version anglaise CNRS News, destinés au grand public, national et international. Sur proposition de l’institut, ces

sujets sont traités par l’équipe de rédaction du journal et/ou à partir des propositions des laboratoires.

Nous vous incitons donc à nous informer des sujets sur lesquels vous souhaitez communiquer au nom de votre

laboratoire, et par là même, de l’institut et du CNRS.

Retrouvez toutes les actualités, produits de la communication, événements, en ligne sur www.cnrs/inp/

De la publi au public

Les efforts sont soutenus pour sensibiliser et accompagner les

chercheurs dans le choix des sujets et la rédaction des textes d’alerte

dont l’équipe communication a besoin.

Pour les aider, l’équipe a publié en 2014 une brochure « De la publi au

public » qui récapitule les différentes étapes de la préparation d’une

actualité scientifique et dans laquelle elle répond aux questions qui lui

sont régulièrement posées. Quelques points de « bonnes pratiques »

indispensables à une communication éthique et de qualité y sont

ajoutés.

Cette brochure est disponible en ligne dans la rubrique « Espace

communication » du site web de l’INP.

Ce travail a fait l’objet d’une communication lors de la conférence

Science & You en juin 2015 à Nancy.

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Ac tua l i t és

innova t ion

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Institut de PhysiqueCNRS - Campus Gérard Mégie3 rue Michel-Ange, 75794 Paris Cedex 16T 01 44 96 42 [email protected]/inp

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Le Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon,

«Talents INPI Rhône-Alpes» 2014Janvier 2015

En novembre dernier, le laboratoire de physique de l’Ecole normale supérieure de Lyon a reçu le Trophée de l’innovation de l’Institut national de la propriété industrielle (INPI) 2014 pour la région Rhône-Alpes. Il a obtenu une deuxième place au niveau national. Un prix qui récompense sa démarche d’innovation et de valorisation de ses résultats scientifi ques.

« Nous sommes un laboratoire de recherche fondamentale, explique Thierry Dauxois, directeur du laboratoire. Mais pour leurs travaux, certains chercheurs ont développé des outils qui n’existent pas dans le commerce et ont ensuite intéressé des industriels dans des contextes très différents de leur contexte d’origine. » C’est typiquement le cas des particules instrumentées mises au point par Jean-François Pinton, ancien directeur du laboratoire, pour réaliser des mesures de température et de vitesse dans un fl uide turbulent. Dans une version commerciale, elles sont désormais proposées par la start-up SmartINST créée en 2009 par ce chercheur, et qui a réussi une levée de fonds de 550 000 euros fi n 2013.

Une démarche d’innovation au cœur de l’ADN du laboratoire ? « c’est d’abord le fait de quelques personnes qui ont montré que l’on pouvait aller au bout d’une démarche de valorisation et y prendre du plaisir », indique Thierry Dauxois qui ajoute : « Notre laboratoire regroupe des physiciens d’horizons variés. Au quotidien, cela oblige à présenter nos travaux de la façon la plus accessible possible, ce qui ouvre à de nombreuses thématiques éloignées de nos spécialités respectives. »

Soit un contexte idéal pour s’aventurer au-delà des frontières de sa discipline, avec à la clé quelques belles réussites. Par exemple, Emmanuel Lévêque, théoricien de la turbulence hydrodynamique, a participé à un projet national pour développer un programme de simulation d’écoulement en collaboration avec Airbus-Industrie et Renault. Quant à Pablo Jensen, physicien de matière condensée, il a développé le logiciel Lokeo. Fondé sur les outils de la physique

statistique, il propose des localisations appropriées pour l’implantation de nouveaux commerces qui est désormais utilisé par la Chambre de commerce et d’industrie de Lyon.

De quoi convaincre Thierry Dauxois de nommer un responsable valorisation au sein du laboratoire en 2012. Nicolas Plihon explique : « En marge de mon activité de recherche, ce rôle consiste à aider les collègues intéressés par la valorisation de leurs travaux en les mettant en contact avec les meilleurs interlocuteurs ou bien pour la rédaction d’un brevet. » Ainsi, Ludovic Bellon a récemment conçu un microscope à force atomique dans le but d’étudier les fl uctuations de micro-systèmes à l’échelle du picomètre. D’une résolution bien supérieure à celle de ses alter ego du commerce, il fait l’objet d’un processus de valorisation et pourrait bientôt trouver des applications en dehors du laboratoire. De même, Antoine Naert, maître de conférences, a récemment développé un violon qui joue tout seul dans le contexte d’études d’acoustique musicale, et lui envisage désormais une vie à l’extérieur. Autant d’exemples que le Trophée de l’INPI devrait bientôt aider à multiplier !

Mathieu Grousson

Voir la galerie des trophées de l’innovation INPI 2014

En savoir plus

Thierry Dauxois, directeur de recherche CNRS

Contact chercheur

Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon - (CNRS / ENS de Lyon /

Univ. Lyon 1)

Informations complémentaires

Le microscope à force atomique (AFM) développé par Ludovic Bellon © Laboratoire de

physique de l’ENS Lyon

L’équipe du laboratoire © Laboratoire de physique de l’ENS Lyon

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Institut de physiqueActualités Innovation

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Des cartes optiques pour révéler l’invisibleMars 2015

Spécialiste des lasers et des transitions de phase, Eric Freysz a mis en œuvre la propriété de molécules à changer de couleur sous l’effet d’une modifi cation de leur environnement pour créer des détecteurs de lumière laser dans l’infrarouge.

A priori, le profi l d’Eric Freysz, directeur de recherche CNRS au laboratoire Ondes et matière d’Aquitaine - LOMA (CNRS-Université de Bordeaux), est celui d’un physicien adepte des questions fondamentales. Spécialiste du développement de sources laser, il les utilise notamment pour des travaux en optique non linéaire ou pour étudier la physique des transitions de phase.

Dans ce cadre, en collaboration avec un groupe de chimistes de l’Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux - ICMCB (CNRS), il s’intéresse en particulier depuis une quinzaine d’années à une famille de molécules qui changent de couleur sous l’effet d’une modifi cation de la température, de la pression ou de la lumière. « Notre intérêt était de comprendre les phénomènes microscopiques à l’origine de ce changement de couleur », précise Eric Freysz.

Jusqu’à ce que le chercheur et ses collègues modifi ent leur manière de voir la chose. Précisément, si la chaleur engendrée par un rayon laser induit un changement de couleur de leurs molécules, à l’inverse, ce changement peut se faire le témoin de la présence d’un rayon laser lorsque la longueur d’onde d’émission de celui-ci se situe en dehors du spectre de la lumière visible. Ce que les physiciens vérifi ent en 2012 avant de déposer un brevet.

De fait, l’idée n’a rien d’un gadget. De nombreux scientifi ques à travers le monde utilisent des dispositifs pour positionner correctement les éléments optiques d’expériences utilisant de la lumière laser « invisible », notamment dans l’infrarouge. Si ce n’est que ces détecteurs, la plupart à base de semi-conducteurs, sont coûteux et souvent diffi ciles à mettre en œuvre. A l’inverse des dispositifs à changement de couleur imaginés par le chercheur. « Il suffi t de positionner un écran en papier imprégné de nos molécules sur la trajectoire d’un faisceau pour révéler sa présence », précise-t-il.

Une fois la preuve de concept apportée, Eric Freysz, en collaboration avec la SATT Aquitaine et avec l’aide de Benoit Philippeau, ingénieur d’étude, s’est alors attelé à transformer ses cartes optiques en un produit prêt à la vente: optimisation du dispositif en seuil de détection d’intensité et en contraste coloré, vérifi cation de sa conformité aux normes, élaboration d’un procédé de fabrication, tests auprès d’industriels… jusqu’à l’étude des marchés potentiels.

Le procédé de fabrication a ensuite été transféré à la PME nouvellement créée OliKrom qui gère également la commercialisation des cartes via le catalogue de grands groupes spécialisés dans le matériel optique. Preuve qu’intérêt pour les questions fondamentales et innovation vont de paire !

Mathieu Grousson

Voir le site OliKrom.com

En savoir plus

Eric Freysz, directeur de recherche CNRS

Contact chercheur

laboratoire Ondes et matière d’Aquitaine - LOMA

Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux - ICMCB


© Aquitaine Science Transfert

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Institut de physique

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Imagerie optique : diagnostiquer les tumeurs cutanées sans biopsie CREATIONS D’ENTREPRISE - janvier 2015 DAMAE Medical, start-up issue du CNRS, a mis au point un

prototype de diagnostic rapide et non invasif des cancers de

la peau. L’invention permet de sonder les tissus biologiques

sans biopsie, en profondeur et à haute résolution, réalisant

l’équivalent virtuel de coupes histologiques. [...]

Laboratoire Charles Fabry (LCF)

Vers la détection et le dénombrement rapides de la bactérie de la légionellose CREATIONS D’ENTREPRISE - janvier 2015 D’ici deux ans, la start-up CLICK4TAG proposera, aux

établissements recevant du public et aux entreprises gérant

des tours aéroréfrigérantes, un kit d’identification et de

dénombrement rapides de Legionella pneumophila, bactérie

responsable de la légionellose. Start-up issue du CNRS créée en

décembre 2014, CLICK4TAG est spécialisée dans la détection,

le dénombrement et l’identification rapides des bactéries

pathogènes. [...]

Arnaud Royon, lauréat du prix Jean Jerphagnon 2014 BREVETS ET LICENCES - janvier 2015 Arnaud Royon, ancien post-doctorant du Laboratoire ondes et

matière d’Aquitaine et co-fondateur de la start-up Argolight,

est l’un des trois lauréats du prix Jean Jerphagnon 2014. Son

trophée lui a été remis le 8 janvier dernier à Paris. [...]

Un nouvel outil pour fiabiliser la production de dispositifs électroniques à haute valeur ajoutée BREVETS ET LICENCES - janvier 2015 Une nouvelle technologie brevetée, développée en

collaboration entre des physiciens de l’Institut des sciences

moléculaires d’Orsay et de l’Institut des nanosciences de

Paris, permet le contrôle en temps réel du processus d’épitaxie

d’hétérostructures semi-conductrices, utilisées pour la

fabrication de dispositifs optiques et électroniques. [...]

Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay

Une nouvelle famille de composites à base d’aluminium disponible pour l’industrie BREVETS ET LICENCES - avril 2015 Mélanger, par un procédé de laminage, de l’aluminium et

du fer pour obtenir un nouveau matériau à la fois léger et

magnétique ? C’est le pari réussi par une équipe du Laboratoire

des systèmes et applications des technologies de l’information

et de l’énergie. Depuis, leur procédé a été étendu à d’autres

matériaux, les composites brevetés : l’un d’entre eux, AluArmé,

a été testé par un industriel français qui a obtenu des tôles d’un

mètre de long. L’équipe recherche désormais des partenaires

industriels pour tester ces matériaux dans diverses applications

réelles. [...]

Laboratoire des Systèmes et Applications des Technologies de

l’Information et de l’Energie

FIST SA, filiale du CNRS, valorise pour la première fois le portefeuille de brevets Organic Frameworks (MOF) détenu par le CNRS BREVETS ET LICENCES - avril 2015 Le CNRS et l’Université Pierre et Marie Curie concèdent à la

société Framergy une licence exclusive sur une famille de

brevets revendiquant des Metal Organic Frameworks (MOF) à

base de titane. [...]

Ludwik Leibler, chercheur CNRS, inventeur européen de l’année 2015 A LA UNE - juin 2015 Ce jeudi 11 juin 2015, le physico-chimiste Ludwik Leibler,

médaillé de l’innovation 2013 du CNRS, reçoit le Prix de

l’inventeur européen de l’année dans la catégorie Recherche,

pour ses travaux sur les vitrimères, une nouvelle catégorie de

matériaux qui ouvrent la voie à de très nombreuses applications

industrielles. [...]

Développer de nouvelles générations de composants électroniques ultra-miniaturisés PARTENARIATS ET STRATEGIE - juin 2015 STMicroelectronics et le CNRS s’associent pour créer le

laboratoire commun REER (Radiations Effects and Electrical

Reliability). Cette structure de recherche hors murs rassemblera

des équipes de l’Institut matériaux microélectronique et

nanosciences de Provence avec les ingénieurs spécialistes de

STMicroelectronics du site de Crolles. [...]

Laboratoire Commun REER

Un quatuor pour l’innovation PARTENARIATS ET STRATEGIE - juin 2015 Sylviane Muller, Jérôme Chevalier, Patrick Maestro et Jean-

Michel Morel ont reçu la médaille de l’innovation 2015 du CNRS,

le 10 juin 2015, au siège de l’organisme. [...]

NOVIMET accueille le CNRS à son capital, via sa filiale de valorisation FIST S.A. CREATIONS D’ENTREPRISE - juin 2015

Institut de physiqueArticles parus dans la lettre CNRS Innovation

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NOVIMET a finalisé la première partie de son augmentation de

capital, à hauteur de 700 k€. L’occasion pour le CNRS d’entrer à

son capital par l’intermédiaire de FIST S.A. Elle réalise ainsi l’une

de ses plus importantes prises de participation aux côtés de «

Business Angels » pour permettre à NOVIMET de se déployer en

France et de financer son expansion internationale. [...]

Des cartes optiques pour révéler l’invisible CREATIONS D’ENTREPRISE - juin 2015 Ce partenariat concrétise la reconnaissance du CNRS et du LNE

quant à l’importance que revêtent la mesure et la métrologie à

l’échelle nanométrique, aussi bien d’un point de vue scientifique

et technologique qu‘économique et sociétal. [...]

Club nanoMétrologie / C’Nano

Concours mondial innovation 2030 : 6 lauréats liés au CNRS CREATIONS D’ENTREPRISE - juin 2015 Le CNRS et le groupe pharmaceutique Ipsen ont signé un

protocole d’accord pour la création d’un laboratoire commun,

soutenu par l’ANR pendant trois ans : Archi-Pex. [...]

Institut de physique de Rennes (IPR)

Les prix EDF Pulse récompensent deux projets issus du CNRS CREATIONS D’ENTREPRISE - juin 2015 La deuxième édition des Prix EDF Pulse a récompensé, le 5 juin

2015, trois porteurs de projets dans les catégories Santé, Smart

Living et Science. [...]

Lumière pour la santé : un portefeuille de 67 familles de brevets pour le CNRS BREVETS ET LICENCES - juin 2015 Déjà précurseur, le CNRS confirme son positionnement de

leader sur les technologies de rupture et les thématiques à fort

potentiel avec ses technologies sur les sources de lumière pour

la santé. Il est le deuxième déposant mondial pour les sources

supercontinuum pour la santé, et le premier publiant mondial

d’articles scientifiques sur les sources supercontinuum en

général. [...]

FIST S.A.

KERAVIVA : quand le béton revêt l’élégance d’une céramique de Limoges BREVETS ET LICENCES - juin 2015 Sur la base d’une idée en germe depuis 15 ans au laboratoire

Science des procédés céramiques et de traitements de surface,

Alain Denoirjean, directeur de recherche CNRS, en collaboration

avec Imerys Ceramics, a mis au point un revêtement

exclusivement céramique, appliqué sur le béton. [...]

Une première mondiale : des panneaux solaires polychromes BREVETS ET LICENCES - juin 2015 Des modules photovoltaïques plastiques polychromes avec

un design à la demande pour une parfaite intégration : c’est

maintenant possible ! [...]

Laboratoire XLIM

Intelligence artificielle sur puce : pemier colloque du GDR BioComp EVENEMENT - septembre 2015 Le Groupement de recherche BioComp, créé début 2015,

regroupe plus de cinquante laboratoires et plus de cent

chercheurs qui s’intéressent à l’intelligence artificielle sur puce.

Ce réseau de recherche français organise son premier colloque

du 4 au 8 octobre 2015. [...]

World Efficiency : le nouveau rendez-vous pour les ressources et le climat EVENEMENT - septembre 2015 La première édition de World Efficiency se déroulera du 13 au

15 octobre 2015 à Paris en présence des acteurs économiques

ayant développé des solutions professionnelles à moindre

impact sur les ressources et le climat. Les deux tiers des

lauréats des prix remis à cette occasion sont CNRS. [...]

Entrée en incubation de la start-up LightOn CREATIONS D’ENTREPRISE - novembre 2015 La start-up LightOn vient de voir le jour et sera incubée par

Agoranov. Elle repose sur l’invention brevetée1 d’un nouveau

coprocesseur optique ultra rapide et peu gourmand en énergie

pour le big data. Le cœur du projet est le développement

d’appareils basés sur le contrôle et la propagation de la lumière,

qui pourraient être utilisés comme coprocesseurs ultra-rapides

pour le traitement des données. [...]

Prix FIEEC de la recherche appliquée : deux lauréats CNRS ECOSYSTEMES - novembre 2015 Pour la cinquième année consécutive, le prix FIEEC de la

recherche appliquée a été décerné à trois chercheurs, dans le

cadre des Rendez-vous Carnot, le mercredi 18 novembre 2015

à Paris. [...]

Illustration bandeau : © CNRS Photothèque / Kaksonen

Institut de physiqueArticles parus dans la lettre CNRS Innovation

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Ac tua l i t és

sc ien t i f i ques

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Mét ro log ie - Ré fé rences

Illustration : © Hubert RAGUET/LKB/CNRS Photothèque

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Institut de physiqueActualités scientifi ques

Illustration du bandeau : © CNRS Photothèque / RAJAU Benoît

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Le rayonnement synchrotron cohérent : un peigne

de fréquence performant dans le domaine térahertzNovembre 2015

Des physiciens viennent d’explorer la nature discontinue du rayonnement synchrotron due à sa cohérence. Cette découverte permet de positionner le rayonnement synchrotron cohérent comme une des sources les plus performantes pour la production de peigne de fréquence dans la gamme térahertz.

La métrologie du temps et des fréquences a été révolutionnée par l’utilisation de rayonnements dont le spectre est composé d’une multiplicité de raies très fi nes et régulièrement espacées semblables aux graduations d’une règle. Initialement développée pour le rayonnement visible et proche infrarouge, la génération de peignes de fréquence couvre désormais les gammes de l’infrarouge moyen à l’ultraviolet. La diffi culté actuelle est d’étendre cette gamme au rayonnement térahertz, situé entre la lumière infrarouge et le rayonnement micro-onde. Les sources actuelles, reposant soit sur la conversion de lumière visible ou infra-rouge, soit sur l’utilisation de lasers à cascade quantique, produisent des puissances très faibles ou couvrent des gammes spectrales très limitées. Des physiciens du Laboratoire de Physico-Chimie de l’Atmosphère (Université du Littoral Côte d’Opale), de la ligne infrarouge AILES du synchrotron SOLEIL, de l’Institut des sciences moléculaires d’Orsay - ISMO (CNRS/Univ. Paris-Sud) et de l’Institut d’Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie - IEMN (CNRS/Université Lille) viennent de montrer que l’émission synchrotron cohérente est constituée d’un peigne de fréquence intense et de haute densité spectrale. C’est le développement d’un spectromètre hétérodyne à ultra-haute résolution qui leur a permis de montrer que ce rayonnement, considéré jusqu’alors comme un continuum de fréquences, a en fait un spectre discret

très dense de fréquences régulièrement espacées. Ce travail est publié dans la revue Nature Communications.

Pour augmenter la puissance du rayonnement émis par un synchrotron, depuis une quinzaine d’années les chercheurs ont mis au point le mode d’émission « cohérent » en réduisant la longueur des paquets d’électrons qui en tournant dans l’instrument émettent le rayonnement. Cette réduction de taille est à l’origine d’une cohérence de phase entre les émissions de photons de longueur d’onde comparable à la taille des paquets d’électrons impliquant une intensité de rayonnement près de cent mille fois supérieure au rayonnement standard. Dans ce cas, l’intensité étant proportionnelle au carré plutôt que simplement proportionnelle au nombre d’électrons stocké (typiquement un paquet est formé de plusieurs million d’électrons). Pour étudier très précisément les propriétés de ce rayonnement, les chercheurs ont développé un récepteur hétérodyne qui transpose le rayonnement térahertz mesuré dans le domaine microonde. Cette conversion de fréquence leur a permis de bénéfi cier d’outils d’analyse spectrale ou temporelle avancés et d’enregistrer des spectres autour de 0.2, 0.4 et 0.6 THz avec une résolution inférieure à 100 Hz. Avec cette très haute résolution spectrale ils ont eu accès à la nature purement discrète de l’émission synchrotron cohérente. Le peigne de fréquence qu’ils ont mis en évidence couvre la gamme 0.1-1 THz et présente une haute densité de modes avec un espacement entre modes de 846 kHz, correspondant à la fréquence de révolution des paquets d’électrons dans l’anneau. La largeur des pics est de quelques centaines de Hertz et le peigne ne présente pas de décalage en fréquence. Ces propriétés exceptionnelles de l’émission synchrotron dans le mode cohérent ouvrent des perspectives très intéressantes pour les études de spectroscopie à ultra-haute résolution et de cinétique réactionnelle par rayonnement synchrotron.

High density THz frequency comb produced by coherent synchrotron radiation, S.

Tammaro1,3, O. Pirali1,2, P. Roy1, J.-F. Lampin4, G. Ducournau4, A. Cuisset3, F. Hindle3

et G. Mouret3, Nature Communications (2015)

En savoir plus

Olivier Pirali, chargé de recherche CNRS

Contact chercheur

1 AILES Beamline, synchrotron Soleil

2 Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO)

3 Laboratoire de Physico-Chimie de l’Atmosphère (LPCA)

4 Institut d’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN)


Peigne de fréquence THz émis par la source de rayonnement synchrotron cohérent et

extrait par la ligne AILES du laboratoire SOLEIL.

Crédits : O. Pirali/ISMO

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Illustration du bandeau : © Jérémy BARANDE/Permission to use granted by Newport Corporation

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Stabilisation en dessous du hertz de la fréquence

d’un laser à cascade quantiqueDécembre 2015

Des physicien-ne-s viennent de stabiliser en fréquence un laser à cascade quantique opérant dans l’infrarouge moyen et de réduire ainsi sa largeur de raie à moins d’un hertz. La stabilité et la précision obtenues, cent fois meilleures que l’état de l’art, permettent de réaliser des mesures spectroscopiques de très haute précision sur de nombreuses molécules.

Les lasers à cascade quantique émettent dans l’infrarouge lointain et moyen, un domaine de longueur d’onde où sont présentes de nombreuses signatures intenses de vibrations moléculaires particulièrement intéressantes. Ces lasers à semi-conducteur ont cependant une stabilité bien trop mauvaise pour être directement utilisables pour la spectroscopie de précision des molécules. En outre, dans ce domaine de fréquence, les références de fréquences potentiellement utilisables pour stabiliser ces lasers à cascade quantique sont rares et n’ont souvent pas les performances requises pour permettre une métrologie de haute précision. Des physiciens du Laboratoire national de métrologie et d’essais - Système de Références Temps-Espace - LNE-SYRTE (CNRS/Obs. de Paris/UPMC/LNE) et du Laboratoire de physique des lasers - LPL (CNRS/Univ. Paris 13) viennent de contourner cette diffi culté et de stabiliser, à mieux que le hertz, un laser à cascade quantique émettant autour d’une fréquence de 30 térahertz. Ils ont pour cela utilisé comme référence la lumière provenant d’un laser ultrastable situé au LNE-SYRTE à Paris, transmise par fi bre optique sur plusieurs dizaines de kilomètres jusqu’au LPL à Villetaneuse. Ce résultat ouvre la voie à des mesures spectroscopiques de pointe sur des molécules à un niveau de précision jusque-là réservé aux mesures effectuées sur des atomes dans le visible ou le proche infrarouge.

Ce travail est publié dans la revue Nature Photonics.

Le laser de référence utilisé pour cette expérience est un laser ultrastable opérant dans l’infrarouge proche à une longueur d’onde de 1,55 μm. Ce laser de référence est localisé au LNE-SYRTE, à l’observatoire de Paris. Sa stabilité en fréquence à court terme est assurée par un asservissement sur un résonateur Fabry-Perot ultra-stable, tandis que son exactitude est maintenue en le comparant en permanence aux étalons primaires de fréquence à l’aide d’un peigne de fréquences optique. La lumière de ce laser, transmise du LNE-SYRTE à Paris au LPL à Villetaneuse via 43 km de fi bre optique permet, à son arrivée, de stabiliser un peigne de fréquence optique, c’est-à-dire une lumière composée de multiples fréquences régulièrement espacées. Parmi toutes ces fréquences, les chercheurs en sélectionnent deux, l’une centrée sur 1,55 μm, l’autre sur 1,82 μm, de sorte que la différence de fréquence entre ces deux sorties corresponde à la longueur d’onde du laser à cascade quantique, soit 10,3 μm. Pour mesurer les écarts de fréquence de leur laser, les physiciens combinent sa lumière avec celle du faisceau à 1,82 μm dans un cristal non linéaire, ce qui permet de réaliser une somme de fréquences. La lumière qui en résulte coïncide avec le peigne à 1,55 μm. Toute différence observée est alors due à des fl uctuations de fréquence du laser à cascade quantique. Ces fl uctuations peuvent être réduites à l’aide d’une boucle d’asservissement. Les stabilités et exactitudes relatives obtenues, 2 × 10-15 et 10-14, dépassent de près de deux ordres de grandeur celles démontrées auparavant avec des lasers à cascade quantique. Les chercheurs ont d’ores et déjà exploité ce dispositif pour des mesures de fréquences d’absorption moléculaire avec une incertitude à l’état de l’art, confi rmant son potentiel pour la spectroscopie d’ultra-haute précision. Ils prévoient de l’utiliser dans le futur pour l’observation de la violation de la symétrie droite-gauche par spectroscopie de précision d’un jet de molécules chirales.

Quantum cascade laser frequency stabilization at the sub-Hz level, B. Argence1, B. Chanteau1, O. Lopez1, D. Nicolodi2, M. Abgrall2, C. Chardonnet1, C. Daussy1, B. Darquié1, Y. Le Coq2 et A. Amy-Klein1, Nature Photonics (2015)

Retrouvez l’article sur les bases archives ouvertes HAL et arXiv

En savoir plus

Benoît Darquié, chargé de recherche CNRS

Anne Amy-Klein, professeure Université Paris 13

Yann Le Coq, ingénieur de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Laboratoire de physique des lasers (LPL)

2 LNE-SYRTE

Informations complémentairesUn laser proche infrarouge ultra-stable, référencé aux étalons de fréquence primaires du

LNE-SYRTE, est transféré au LPL, où il est utilisé pour asservir un peigne de fréquences

optique, lui-même utilisé pour stabiliser un laser à cascade (QCL) quantique émettant dans

l’infrarouge moyen. Le faisceau du QCL est combiné avec une sortie à 1,82 μm d’un peigne

de fréquence dans un cristal d’AgGaSe2 permettant de faire une somme de fréquence. Cette

somme de fréquence est comparée à une sortie du peigne à 1,55 μm et le signal d’erreur est

utilisé pour stabiliser le QCL. PD : photodétecteur.

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Illustration du bandeau : © CNRS Photothèque / PLAS Frédérique

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Synchroniser les oscillations d’un quartz avec un

système quantiqueJuin 2015

Des physiciens ont réussi à synchroniser les oscillations d’un quartz, un système classique, avec celles d’un ensemble d’atomes, un système quantique. Cette technique pourrait permettre de dépasser les limitations des méthodes actuellement utilisées pour stabiliser les horloges atomiques.

Qu’il s’agisse d’un diapason de quartz, d’un maser ou d’un laser, le coeur d’une horloge de précision est un oscillateur dont les battements sont entretenus par un apport continu d’énergie. Pour en contrôler la cadence, cet oscillateur est comparé à un phénomène de référence, en l’occurrence, les oscillations d’une transition entre deux niveaux d’un atome pour les horloges les plus précises : les horloges atomiques. Ces oscillations sont fragiles et pour ne pas les perturber, les atomes ne sont observés qu’à deux reprises. Une première fois leurs oscillations sont initialement synchronisées avec celles de l’horloge, puis une seconde fois après une phase d’attente pour desceller une avance ou un retard éventuel de l’horloge. L’absence d’informations dans la phase intermédiaire introduit une ambiguïté, semblable à celle que connait l’amateur de sport, qui, prenant en cours la retransmission d’une course de fond ne peut pas savoir si le coureur qu’il voit quelques mètres devant les autres est en train de gagner la course, ou s’il est en train d’être rattrapé après avoir pris un tour de retard. La méthode habituelle pour éviter cette ambiguïté est de maintenir un temps d’attente suffi samment court pour être sûr que le nombre d’oscillations de l’horloge et des atomes seront identiques, mais cela se fait au détriment de la précision de l’horloge atomique qui est d’autant plus grande que le temps d’attente est long. En mettant en œuvre un protocole de mesure reposant sur des mesures quantiques faibles non destructives, des physiciens du Laboratoire photonique, numérique et nanosciences LP2N (CNRS/IOGS/Univ.Bordeaux), du Laboratoire Système de références temps-espace LNE-SYRTE (CNRS/Obs.de Paris/UPMC/LNE) et du Laboratoire Charles Fabry LCF (CNRS/IOGS) ont réussi à interroger régulièrement l’état quantique des atomes durant le temps d’attente. Cette approche leur a permis d’extraire de petites quantités d’information, tout en n’affectant que négligemment l’évolution de l’état quantique. En utilisant les résultats de ces mesures intermédiaires, l’équipe a pu ainsi synchroniser les battements de l’horloge avec les oscillations quantiques de l’ensemble atomique de référence. Ce travail est publié dans la revue Physical Review X.

Les physiciens ont démontré expérimentalement cette méthode avec un nuage composé de 500 000 atomes de rubidium 87 refroidis par laser. Après avoir placé tous les atomes de ce nuage dans un même état fondamental, une première impulsion micro-onde réalise la synchronisation initiale entre la phase de ces atomes et l’oscillateur micro-onde à quartz que l’on cherche à stabiliser. Après une durée de 1 ms, une impulsion micro-onde transforme la phase relative entre les atomes et l’oscillateur en une différence de population entre sous niveaux de l’état fondamental. Cette différence de populations est alors mesurée à l’aide d’un faisceau laser sonde qui traverse le nuage atomique et l’information recueillie permet de corriger un éventuel déphasage de l’oscillateur micro-onde ; cette séquence est réalisée avec une destructivité négligeable de la cohérence atomique. Les cycles de mesure et de correction peuvent ainsi s’enchaîner de manière corrélée tant que la cohérence de l’ensemble atomique est suffi sante. La dernière mesure de la séquence est une mesure destructive, comme pour une séquence typique d’horloge où toute l’information restante est collectée ; les mesures intermédiaires sont réalisées pour synchroniser la phase de l’oscillateur classique sur la phase de l’ensemble atomique et ainsi permettre un temps d’interrogation total plus long, menant à une précision plus grande de l’horloge atomique. Dans leur expérience, les physiciens ont réalisé leur asservissement de phase avec 9 mesures intermédiaires, chacune avec un temps d’interrogation de 1 ms, menant à un temps total d’interrogation de 9 ms. Les chercheurs ont comparé la stabilité de cette horloge avec celle d’une horloge atomique modèle, qui adopte une séquence de Ramsey standard avec un intervalle de mesure de 1 ms. Ils ont mesuré une stabilité 5 fois meilleure en utilisant l’asservissement de phase. Ce facteur est supérieur à 3 (la racine du rapport des temps d’interrogation des deux horloges de 1 ms et 9 ms), montrant que les mesures enchaînées sont partiellement corrélées. La valeur optimale d’amélioration pour des mesures parfaitement corrélées est 9 (le rapport des temps d’interrogation des deux horloges), qui n’est pas atteint ici à cause de plusieurs facteurs : la destructivité accumulée lors des mesures, le déphasage des atomes dans le piège dipolaire et l’imprécision de la correction. Les chercheurs proposent d’appliquer cette méthode sur des horloges atomiques de très haute précision, ainsi que pour les senseurs inertiels à ondes de matière, qui présentent le même type de limitation.

Phase locking a clock oscillator to a coherent atomic ensemble, R. Kohlhaas1,2, A. Bertoldi3, E. Cantin3,4, A. Aspect1, A. Landragin2 et P. Bouyer1,3, Physical Review X (2015)

Retrouvez l’article sur les bases d’archives ouvertes HAL et arXiv

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Andrea Bertoldi, ingénieur de recherche de l’Institut d’Optique Graduate School

Contact chercheur

1 Laboratoire Charles Fabry (LCF)2 Laboratoire LNE-SYRTE3 Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (LP2N)4 Quantel


Représentation artistique du verrouillage de phase entre un oscillateur d’horloge et une

référence atomique ; l’atome et l’horloge sont représentés par des roues dentées, leur

évolution mutuelle est contrainte par la chaîne de transmission.

Crédits : A. Bertholdi - LP2N

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17

Le graphène, un matériau révolutionnaire pour la métrologie septembre 2015 Jusqu’à présent, l’étalon de résistance électrique était réalisé par

la mise en œuvre de l’effet Hall quantique dans des dispositifs

semiconducteurs en arséniure de gallium. Cependant, ce matériau

imposait l’utilisation de très basses températures et de forts champs

magnétiques, confinant l’utilisation de cet étalon à quelques

instituts nationaux de métrologie. Des chercheurs du CNRS et du

Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) ont démontré

que les propriétés électroniques du graphène, objet du prix Nobel de

Physique en 2010, permettent de réaliser un étalon de résistance

très précis fonctionnant dans des conditions expérimentales

beaucoup plus pratiques, compatibles avec des dispositifs de

refroidissement sans hélium. [...]

Centre de recherche sur l’hétéroepitaxie et ses applications (CRHEA)

contact chercheur : Adrien Michon, [email protected]

Le premier dispositif accordable pour la détection en temps-réel de molécules décembre 2015 Des chercheurs du Laboratoire interdisciplinaire Carnot de

Bourgogne (CNRS/Univ. de Bourgogne), en collaboration avec une

équipe de l’Institut des sciences moléculaires d’Orsay (CNRS/

Univ. Paris-Sud) et de l’Institut Max Planck d’optique quantique,

ont développé un dispositif d’analyse optique original qui détecte

directement les « battements » créés par deux ondes lumineuses qui

s’entrechoquent. [...]

Laboratoire interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) & Institut

des sciences moléculaires d’Orsay (ISMO) - contact chercheuse :

Nathalie Picqué, [email protected]

Vue schématique de l’étalon en graphène. Les résistances de contacts sont indiquées.

La densité d’électrons est 1,8×1011 cm-2 et la mobilité est 9400 cm2V-1s-1.

Dispositif expérimental à deux peignes de fréquences © Guy Millot

Alertes et communiqués de presse du CNRS


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Mo lécu les - Agréga ts

Illustration : © Pierre ABEILHOU/CEMES/CNRS Photothèque

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Illustration du bandeau : © CNRS Photothèque / Kaksonen

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L’ozone excité vit moins longtemps si les trois

atomes d’oxygène qui le composent sont identiquesAvril 2015

En calculant la vitesse de la réaction d’échange entre l’atome d’oxygène et la molécule de dioxygène, des physiciens viennent de montrer que suite à un effet quantique d’indiscernabilité, cette réaction est dix fois plus rapide lorsque les trois atomes sont identiques que lorsqu’un des atomes est un isotope rare de l’oxygène. Ce qui signifi e que l’ozone excité, qui est un intermédiaire de cette réaction, sera plus facilement stabilisé si un isotope rare est présent.

On observe dans l’ozone stratosphérique, O3, formé dans la haute atmosphère,

une surabondance encore mal comprise des isotopes rares 17O et 18O. Même si l’on a reproduit ce phénomène en laboratoire, son origine est encore une énigme. En mettant en évidence l’importance d’un effet quantique d’indiscernabilité entre les atomes d’16O majoritaires dans l’atmosphère, des physiciens du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne - ICB (CNRS/Université de Bourgogne), en collaboration avec des collègues indiens de l’Université d’Hyderabad, viennent d’ouvrir une nouvelle voie vers la compréhension quantitative des phénomènes en jeu dans la formation de l’ozone dans la haute atmosphère. En modélisant très précisément la vitesse de réaction d’échange impliquant un atome d’oxygène et une molécule de dioxygène, les chercheurs ont montré que cette réaction est environ dix fois plus rapide lorsque les trois atomes en jeu sont trois atomes d’16O que lorsqu’un isotope rare est impliqué. L’ozone excité, O

3*, qui est l’intermédiaire de cette réaction, reste ainsi plus

longtemps présent s’il comporte un 17O ou un 18O que s’il est composé de trois atomes d’16O, ce qui augmente signifi cativement la probabilité qu’une collision stabilise cette molécule et contribue ainsi à l’enrichissement. Ce travail est publié dans la revue Journal of Physical Chemistry Letters.

L’abondance naturelle de 16O étant d’environ 99,8%, la molécule de dioxygène O

2 et l’ozone formé exclusivement de cet isotope sont dominants dans

l’atmosphère et tout processus les mettant en jeu sert de référence. Dans l’état actuel des connaissances, parmi les autres processus susceptibles d’aboutir à la formation de l’ozone, c’est à la réaction de recombinaison O + O

2 + M -> O

3 + M que la communauté des physico-chimistes

atmosphéristes attribue l’origine de l’enrichissement de l’ozone en isotopes 17O et 18O. Si la pression n’est pas trop haute, cette recombinaison à trois corps se déroule en deux étapes : d’abord la formation de l’ozone excité (à courte durée de vie) via O + O

2 ->O

3* (étape 1), et ensuite sa stabilisation

par l’intermédiaire d’une molécule résiduelle neutre M (par exemple N2)

emportant l’excédent d’énergie, O3* + M ->O

3 + M (étape 2). Dans ce travail,

les chercheurs se sont focalisés sur la première étape de cette réaction. Ils ont réalisé des calculs numériques du processus réactif O + O

2 en faisant appel à

une méthode de dynamique purement quantique et un potentiel d’interaction très précis de l’ozone O

3. Cette méthode, basée sur l’équation de Schrödinger

dans sa version indépendante du temps, conduit à des équations couplées en coordonnées hypersphériques et prend en compte explicitement les symétries de permutation des atomes. Leur résultat est que la vitesse de réaction est près de dix fois plus grande lorsque les trois atomes sont identiques. Cela signifi e que la réaction d’échange O + O

2 -> O

3* -> O

2 + O (très rapide avec

trois atomes 16O), initiée par l’étape 1, rentre directement en compétition avec l’étape 2 du processus précédent qui voit par conséquent son effi cacité altérée. En conclusion, une meilleure compréhension de cette réaction, apportée en particulier par les résultats du groupe de l’ICB et de leurs collègues indiens, permet d’ajouter une pièce supplémentaire importante au puzzle qu’est l’enrichissement anormal de l’ozone stratosphérique.

Huge Quantum Symmetry Effect in the O + O2 Exchange Reaction, T.

Rajagopala Rao1, G. Guillon1, S. Mahapatra2 et P. Honvault1,3, Journal of Physical Chemistry Letters - 6, 633-636 (2015)

En savoir plus

Pascal Honvault, professeur à l’Université de Franche-Comté

Grégoire Guillon, maître de conférences à l’Université de Bourgogne

Contact chercheur

1 Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB)2 School of Chemistry, University of Hyderabad, India3 UFR Sciences et Techniques, Université de Franche-Comté , Besanç on

Informations complémentairesTaux de réaction total, élastique et inélastique en fonction de la température pour la

réaction d’échange 16O + 32O2. Un exemple de taux calculé sans prendre en compte

l’effet de symétrie est indiqué en trait bleu.

ll d 16O é é

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Déterminer la température de formation

des glaces de la comète Tchouri grâce à la

modélisation moléculaireJuillet 2015

En interprétant les mesures d’abondance relative de diazote et de monoxyde de carbone réalisées par la sonde Rosetta dans l’environnement de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko, des physiciens ont déterminé que les glaces de cette comète se seraient formées au sein de la nébuleuse protosolaire à une température comprise entre -241 et -203°C. Des modélisations moléculaires précises ont montré que la surabondance de monoxyde de carbone (CO) observée peut être expliquée par l’agglomération de clathrates par la comète au moment de sa formation. Ces cages de glace ont alors capturé les molécules volatiles présentes dans la nébuleuse tout en modifi ant leurs abondances relatives au moment du piégeage.

Les mesures récentes effectuées par la sonde cométaire Rosetta de l’ESA sur la composition chimique de l’environnement gazeux de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko, appelée communément Tchoury, ont montré que le rapport entre l’abondance de diazote N

2 et de monoxyde de carbone

CO est 25 fois plus faible que ce qu’il était dans la nébuleuse protosolaire lors de la formation de cette comète. À l’aide de modélisations numériques, une équipe de recherche fortement interdisciplinaire, conduite par des chercheurs issus du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne - ICB (CNRS/Univ. Bourgogne Franche-Comté), du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille - LAM (CNRS/AMU), de l’Institut UTINAM (CNRS/Univ. Bourgogne Franche-Comté) et de l’Institut de Physique de Berne, vient de montrer que l’on peut interpréter cette surabondance du monoxyde de carbone par rapport au diazote si l’on fait l’hypothèse que ces molécules ont été piégées par de la glace sous forme de clathrates, une structure particulière comportant de nombreuses cages de taille moléculaire. En modélisant numériquement la probabilité de piégeage de ces deux molécules dans les clathrates, ils ont montré que cette forme de

glace capture bien plus effi cacement le monoxyde de carbone que le diazote alors que leurs tailles et masses moléculaires sont comparables. En analysant l’effi cacité de ce piégeage en fonction de la température les chercheurs ont déterminé que la comète n’a pu se former que dans une plage de températures très basses, comprises entre 32 et 70 K, ce qui fournit des indices précieux sur les premiers stades de formation de notre système solaire. Ce travail est publié dans la revue The Astrophysical Journal Letters.

Pour ce travail des chercheurs ont utilisé le cadre théorique de la physique statistique pour déterminer la probabilité de piégeage du diazote et du monoxyde de carbone dans la structure du clathrate en fonction de leurs interactions avec les molécules d’eau. Ces résultats ont été obtenus à l’aide de simulations numériques de type Monte-Carlo qui permettent de déterminer, pour les mélanges, la composition de phases denses en équilibre avec un gaz dont le potentiel chimique est connu. Les résultats de ces simulations leur ont montré que le taux de piégeage de N

2 par rapport à CO diminue fortement avec

la diminution de la température suivant une loi de Van’t Hoff, ce qui permet d’extrapoler la composition des clathrates en dessous de 52 K. Munis de ces résultats, et en se basant sur l’abondance relative de CO et N

2 dans la nébuleuse

protosolaire, les chercheurs ont déterminé les compositions des clathrates en CO et N

2 à différentes pressions (5.2 10-5 à 290 Pa) et températures (de 52 K

à 100 K) du gaz. Dans ce modèle, la composition relative moyenne observée par Rosetta (0,57 %) correspond alors une température de 45 K soit -228 °C.

Avec la découverte de l’azote moléculaire dans la comète Tchoury par la sonde ROSINA et la détermination, par simulations numériques, de la température de formation de cette comète c’est une pièce du puzzle concernant le rôle joué par les comètes de la famille de Jupiter dans l’évolution du système solaire qui vient d’être posée. Toutefois le puzzle est loin d’être achevé. Tchoury se rapproche du Soleil et le dégazage de la comète va augmenter fortement, ce qui devrait permettre la mesure de certains gaz à l’état de traces tels que les gaz rares et donner des contraintes supplémentaires sur la composition du mélange gazeux à l’origine des atmosphères des planètes internes.

A ~32–70 k Formation Temperature Range for the Ice Grains Agglomerated by Comet

67 P/Churyumov–Gerasimenko, S. Lectez1, J.-M. Simon1, O. Mousis2, S. Picaud3, K.

Altwegg4, M. Rubin4 et J. M. Salazar1, Astrophysical Journal Letters (2015)

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Jean-Marc Simon, maître de conférences de l’université de Bourgogne

Contact chercheur

1 Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB)

2 Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM)

3 Institut UTINAM4 Physikalisches Institut, University of Bern, Switzerland


Photo de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko prise le 15 juin 2015 à une distance de

207 km du centre de la comète.

© ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

22




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Des collisions avec des ions pour la croissance de

molécules au sein d’un agrégatAoût 2015

L’interaction des ions avec la matière conduit à un dépôt d’énergie sur les noyaux atomiques et les électrons la constituant. Des physiciens ont mis en évidence une complexifi cation moléculaire au sein d’un agrégat de molécules après la collision avec un ion. Ce mécanisme est une piste pour expliquer la croissance des particules complexes observées dans l’atmosphère de Titan.

Les astrophysiciens ont détecté dans l’espace plus de 170 molécules différentes, de la plus simple, le dihydrogène, à des molécules plus complexes telles que le fullerène, dont les 60 atomes de carbone s’arrangent en forme de ballon de football. Dans l’atmosphère de Titan, le plus grand satellite de Saturne, la mission Cassini a observé de l’anthracène, constitué de trois cycles benzéniques, un dimère d’anthracène et des particules encore plus grosses de cette famille, les hydrocarbures aromatiques polycycliques. La compréhension des processus de formation des molécules complexes dans les milieux astrophysiques est un défi pour les physico-chimistes. Dans le cas de Titan, le bombardement de la haute atmosphère par des ions oxygène dont l’énergie est de quelques kiloélectronvolts pourrait favoriser la croissance de grosses molécules. C’est ce que viennent de montrer des physiciens du Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique - CIMAP (CNRS/CEA/Ensicaen/Unicaen), de l’Université de Stockholm, et de l’Université Autonome de Madrid grâce à des expériences menées au GANIL (Grand accélérateur national des ions lourds – Caen) et des analyses théoriques. Ces chercheurs ont mis en évidence un nouveau mécanisme de croissance moléculaire induit par la collision d’ions rapides avec des agrégats faiblement liés de pyrène, un hydrocarbure aromatique polycyclique de formule C

16H

10. Ce travail a été mené

dans le cadre du laboratoire international associé (LIA «DYNAMICS») CIMAP/Université de Stockholm/Université Autonome de Madrid, et il est publié dans The Journal of Physical Chemistry Letters.

Pour cette expérience, les physiciens ont formé, sous vide, des agrégats comprenant une quinzaine de molécules de pyrène par une source à agrégation gazeuse qui condense une vapeur de pyrène dans une atmosphère froide d’hélium. Ces agrégats, dans lesquels les molécules planes de pyrène s’assemblent en piles de 4 à 5 molécules, sont alors soumis à des collisions avec des ions d’oxygène ou d’argon dont l’énergie est de quelques kiloélectronvolts. En analysant le résultat de cette collision à l’aide d’un spectromètre de masse, les chercheurs ont découvert la présence de nouvelles espèces chimiques de masse supérieure aux molécules originales et provenant de la réaction entre deux voire trois molécules ou fragments de molécules. L’étude des collisions avec différents projectiles montre que l’effi cacité de la croissance moléculaire est meilleure avec des ions lents (quelques keV) et « lourds » (azote, oxygène, argon). Une modélisation théorique à l’aide des outils de la chimie quantique a permis aux physiciens d’élucider les processus mis en jeu lors de la collision. Une partie de l’énergie de l’ion est déposé dans l’agrégat par interaction avec le nuage électronique, ce qui échauffe fortement l’agrégat et conduit à sa dissociation à l’échelle de la picoseconde. Pendant ce processus relativement lent, un mécanisme beaucoup plus rapide est à l’œuvre. La collision entre l’ion et les noyaux atomiques arrache un ou plusieurs atomes de cette dernière et produit des fragments très réactifs qui forment des liaisons covalentes avec les molécules voisines en quelques femtosecondes, soit bien avant que l’agrégat ne se dissocie. L’agrégat en son entier sert alors de tampon permettant de dissiper l’excès d’énergie lié à la formation de cette nouvelle espèce. Ceci indique bien que le dépôt d’énergie sur les noyaux des atomes constituant les molécules, par perte d’énergie dite nucléaire, est à l’origine des processus. Le très bon accord entre les simulations numériques et les expériences valide cette interprétation.

Molecular Growth Inside of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Clusters Induced

by Ion Collisions, R. Delaunay1, M. Gatchell2, P. Rousseau1, A. Domaracka1, S.

Maclot1, Y. Wang3,5, M. H. Stockett2, T. Chen2, L. Adoui1, M. Alcamí3,5, F. Martín3,4,5, H.

Zettergren2, H. Cederquist2 et B. A. Huber1, J. Phys. Chem. Lett. (2015)

En savoir plus

Patrick Rousseau, maître de conférences de l’université Caen Basse-Normandie

Contact chercheur

1 Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (CIMAP)

2 Department of Physics, Stockholm University, AlbaNova University Center

3 Departamento de Quimica, Universidad Autonoma de Madrid

4 Condensed Matter Physics Center (IFIMAC), Universidad Autonoma de Madrid

5 Instituto Madrileñ o de Estudios Avanzados en Nanociencias (IMDEA-

Nanociencia), Madrid


a) Spectre de masse des produits de l’interaction d’ions O2+ d’énergie 24 keV avec des

agrégats de pyrène b) Spectre simulé c) Clichés de dynamiques moléculaires montrant la

croissance moléculaire

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Mise en évidence de la décroissance coulombienne

interatomique dans les collisions ions-dimèresAvril 2015

En analysant les collisions entre des ions multichargés et des dimères de gaz rare,

des physiciens viennent de mettre en évidence un nouveau processus responsable de

l’émission d’électrons de très faible énergie cinétique et pouvant avoir des implications

signifi catives en radiobiologie.

Une part importante des dégâts provoqués dans les tissus biologiques par les particules

très énergétiques, dont notamment les ions, est de nature indirecte. La collision d’un

ion rapide avec une molécule provoque l’éjection d’électrons dits électrons secondaires

pouvant également endommager les molécules environnantes. Parmi ces électrons

secondaires, ceux de très basse énergie (comparable à celle des liaisons chimiques)

sont particulièrement susceptibles de causer des dégâts irréversibles sur les bases, les

sucres ou les phosphates qui composent l’ADN. Les interactions entre un ion et un atome

isolé sont aujourd’hui bien comprises, toutefois, on sait depuis quelques années que

l’environnement chimique peut jouer un rôle déterminant dans l’émission d’électrons

secondaires en captant une partie de l’énergie initialement déposée par l’ion lors de

la collision. C’est un tel effet que des physiciens du Centre de recherche sur les ions,

les matériaux et la photonique - CIMAP (CNRS/CEA/ENSICAEN/Univ. de Caen Basse-

Normandie), du Laboratoire de physique corpusculaire de Caen, de Tokyo Metropolitan

University et Argone National Laboratory viennent de mettre en évidence. Ils ont en

effet étudié les processus d’échange de charge et de relaxation impliqués dans des

collisions entre des ions projectiles de basse énergie tels que O3+, Ar9+ et Xe20+, délivrés

par une source du Grand accélérateur national d’ions lourds - GANIL (CNRS), et des

dimères de néon et d’argon produits au sein d’un jet supersonique. Ces chercheurs

ont démontré la présence dans ces collisions d’un processus, la décroissance

coulombienne interatomique, qui conduit à une émission inattendue d’électrons

secondaires de très basse énergie. Cette découverte du processus de décroissance

coulombienne interatomique dans les collisions de basse énergie conforte son caractère

«quasi-universel» en tant que mécanisme de relaxation pour les atomes ou molécules

en interaction faible avec un environnement chimique. Ce mécanisme pourrait être

responsable de l’émission d’électrons de basse énergie pour des cibles plus complexes,

tels que les agrégats d’eau, et avoir des répercussions signifi catives en radiobiologie,

notamment en fi n de parcours des ions, au sein de la tumeur. Ce travail est publié dans

la revue Physical Review Letters.

Pour mettre en évidence l’infl uence d’un environnement chimique lors de la collision

d’un atome avec un ion, les physiciens ont utilisé des dimères de gaz rares. Ces

assemblages de deux atomes, liés par la force de Van der Waals, ont la particularité

d’avoir une énergie de liaison bien plus faible que les molécules standard, elles sont ainsi

le système le plus simple pour étudier les effets liés à la proximité d’un autre atome. Les

chercheurs ont utilisé pour leur expérience les dimères se formant spontanément dans

un jet supersonique de néon ou d’argon, et les ont soumis à des ions O3+, Ar9+ et Xe20+

délivrés par une source du GANIL. Ils ont analysé le produit de leurs réactions à l’aide

du microscope réactionnel (COLTRIMS) du CIMAP, un dispositif qui permet de mesurer

pour chaque collision la charge, l’énergie et la direction d’émission de chacun des sous-

produits de la réaction. Ces mesures leur ont permis d’établir pour la première fois une

cartographie des processus d’échange de charge en corrélant le nombre d’électrons

capturés sur chaque site du dimère avec paramètre d’impact de l’ion projectile, c’est-à-

dire avec la distance entre la trajectoire de l’ion et le centre de l’atome qu’il impacte. Les

chercheurs ont ainsi identifi é la présence du processus de décroissance coulombienne

interatomique dans des collisions entre des ions O3+ et des cibles de dimères de néon

donnant lieu à la capture d’un électron en couche interne de la cible. Dans ce processus,

l’énergie d’excitation correspondant à la création d’une lacune en couche interne sur l’un

des atomes n’est pas suffi sante pour permettre la relaxation du système par émission

d’un électron Auger. Elle provoque en revanche l’éjection d’un électron de valence de

l’autre atome du dimère via l’échange d’un photon virtuel (voir illustration). Ce processus,

qui fait intervenir deux atomes, domine largement le processus d’émission d’électron

par le projectile diffusé (effet Auger du projectile), qui était considéré jusqu’à présent

comme prépondérant.

Interatomic Coulombic Decay as a New Source of Low Energy Electrons in Slow Ion-Dimer Collisions, W. Iskandar1, J. Matsumoto2, A. Leredde3, X. Fléchard4, B. Gervais1, S. Guillous1, D. Hennecart1, A. Méry1, J. Rangama1, C. L. Zhou1, H. Shiromaru2, et A. Cassimi1, Physical Review Letters (2015

Retrouver l’article sur les bases d’archives ouvertes HAL et arXiv

En savoir plus

Jimmy Rangama, chargé de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (CIMAP)2 Department of Chemistry, Tokyo Metropolitan University, Japon3 Physics Division, Argonne National Laboratory, USA4 Laboratoire de physique corpusculaire de Caen (LPC Caen)


Cartographie de la probabilité de capture de 2 électrons de l’un des deux atomes, en

fonction du paramètre d’impact b dans le repère du dimère (collision Ar9+ sur Ar2).

Principe de la décroissance coulombienne interatomique pour un dimère de néon :

le remplissage d’une lacune en couche interne de l’un des sites du dimère conduit à

l’éjection d’un électron de l’autre site via l’échange d’un photon virtuel.

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Faire tourner une molécule-engrenage avec une

molécule-moteurSeptembre 2015

Pour la première fois, des physiciens ont entrainé un nanoengrenage constitué d’une unique molécule d’un nanomètre de diamètre à l’aide d’un nanomoteur électrique constitué lui aussi d’une seule molécule et alimenté en énergie par la pointe d’un microscope à effet tunnel.

Durant les quinze dernières années, physiciens et chimistes ont réalisé des engrenages et des moteurs nanométriques en synthétisant des molécules plates susceptibles d’être mises en rotation par une action mécanique ou électrique. Réalisés indépendamment, ces éléments n’avaient pas encore été associés. C’est ce que vient de réaliser pour la première fois une équipe franco-japonaise associant des chercheurs du CEMES-CNRS (Toulouse- France) et MANA-NIMS (Tsukuba- Japon) en actionnant une molécule-rotor d’un nanomètre de diamètre à l’aide d’une molécule motrice identique alimentée électriquement par courant tunnel. Outre la performance expérimentale, ce travail démontre que l’énergie récupérée par la molécule motrice lors de son excitation électronique permet de mettre en mouvement une molécule-engrenage. Ce travail est publié dans la revue NanoLetters.

Les chercheurs ont tout d’abord conçu une molécule à partir d’un triglycéride simple, le methoxycarbonylphenyl, et 3 pieds moléculaires, des 3,5-di-t-butylphenyl, soulevant la molécule de la surface d’or sur laquelle elle est ensuite déposée. L’intérêt de cette molécule est qu’elle peut à la fois faire offi ce de moteur et de rotor passif. La suite de l’expérience se déroule alors sur une surface d’or à très basse température (4.7 K) et dans l’ultra vide. Pour réaliser le dispositif, les chercheurs placent un exemplaire de cette molécule au-dessus d’un défaut atomique de la surface d’or qui empêche tout déplacement

sur la surface d’or et fait offi ce d’axe de rotation. Lorsqu’une seconde molécule s’approche, celle-ci s’attache à la première ; c’est cette seconde molécule qui fera offi ce de moteur. À l’aide d’un microscope à effet tunnel, les chercheurs localisent alors un couple de molécules et placent la pointe de ce microscope au-dessus de la molécule motrice. C’est cette pointe qui transmet de l’énergie à la molécule motrice : sa tension d’alimentation est portée à une tension positive d’environ 1,8 Volt ce qui permet d’entrer en résonance avec les premiers états excités électroniques du moteur. À chaque excitation, la molécule motrice a alors une grande probabilité (58%) de tourner d’un angle entre 10° et 20° dans le sens direct. En retournant la molécule-moteur par rapport à une des extrémités de la molécule-rotor par manipulation avec la pointe du microscope à effet tunnel, il est possible de changer le sens de rotation du moteur. Les chercheurs vont maintenant chercher à mesurer le travail mécanique fourni par une molécule-moteur et l’optimiser afi n de mettre en rotation non plus une seule molécule, mais tout un train d’engrenages moléculaires.

Current-Driven Supramolecular Motor with In Situ Surface Chiral Directionality

Switching, P. Mishra1, J. P. Hill1, S. Vijayaraghavan1, W. Van Rossom1, S. Yoshizawa1,

M. Grisolia2, J. Echeverria2, T. Ono3, K. Ariga1, T. Nakayama1, C. Joachim1,2 et T.

Uchihashi1, NanoLetters 15, 4793 (2015)

En savoir plus

Christian Joachim, directeur de recherche CNRS

Contact chercheur

1 International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute

for Materials Science, Tsukuba, Japan

2 Centre d’Elaboration des Maté riaux et d’Etudes Structurales (CEMES) et MANA

Satellite

3 Institute for Chemical Research, Kyoto University, Japan

Informations complémentairesMise en place de l’expérience : la molécule-moteur (A) et la molécule-rotor (B) s’auto-assemble sur la surface d’or avec la molécule-rotor centrée sur son axe de rotation atomique. La pointe du microscope à effet tunnel (STM) est alors positionnée très précisément sur la molécule-moteur sans aucun contact mécanique entre l’apex atomique de cette pointe et la molécule-moteur. Le courant tunnel pointe surface au travers de cette molécule pour une impulsion de tension devant atteindre 1.8 V permet d’alimenter ce moteur, de le faire tourner et entrainer en même temps la molécule-rotor sans que ce dernier soit directement excité électroniquement. Les molécules A et B sont des 5-(4-methoxycarbonylphenyl)-10,15,20-tris(3,5-di-tert-butylphenyl) porphinatoplatinum(II).

Illustration des 2 positions possible du molécule-moteur à coté de la molécule-rotor afi n de faire tourner cette derniere sur la droite (1) ou sur la gauche (2). L’interprétation de la structure atomique du dimer moteur-rotor est donnée en (3) avec le molécule-moteur en A et le molécule- rotor en B.


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L’irradiation solaire, moteur insoupçonné de l’évolution de la matière organique extraterrestre octobre 2015 L’origine de l’eau et de la matière organique sur Terre, ingrédients

essentiels à l’émergence de la vie, constituent une question majeure

pour la communauté scientifique. Pour retracer cette origine, il est

nécessaire de se plonger dans les « archives » de notre système

solaire. Parmi elles, la signature isotopique de l’hydrogène constitue

une des «empreintes digitales» des grands réservoirs chimiques du

système solaire. Des chercheurs de l’Université de Lille, de Sorbonne

Universités et du CNRS viennent de démontrer que l’irradiation

émise par le jeune Soleil a pu modifier la matière organique dans

le disque protosolaire. Cette étude est publiée dans la revue Nature

Communications du 13 octobre 2015. [...]

contact chercheur : Laurent Remusat,

[email protected]

La formation des gisements d’or enfin expliquée octobre 2015 Comme d’autres métaux, l’or est présent à l’état de trace dans

toutes les roches terrestres, mais sa concentration est multipliée par

mille à un million dans les gisements exploités. Ce phénomène est

dû à la circulation de fluides1 dans la croûte terrestre : ils extraient

le métal présent à faible dose dans les roches, le transportent,

et favorisent son dépôt à des endroits donnés qui deviendront

des gisements. Cependant, l’or est le plus inerte des métaux et a

toujours été considéré comme difficilement transportable par les

fluides géologiques. Jusqu’à maintenant, on ne parvenait donc pas

à expliquer de manière satisfaisante la formation des gisements

aurifères. [...]

contact chercheur : Gleb Pokrovski, [email protected]

Le vent solaire irradie les grains organiques dans le nuage protosolaire et provoque leur

enrichissement en isotope lourd de l’hydrogène. © B. Laurent à partir d’images du HST NASA/ESA

Cliché en microscopie électronique à balayage de nano- et microparticules d’or (points

brillants) qui se sont déposées, avec des cristaux de pyrite de différentes tailles (gris), à

partir d’une solution hydrothermale contenant du soufre et de l’or dans une expérience en

laboratoire. © Maria Kokh et Tierry Aigouy



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Bo î tes quant iques -

Pho tons un iques

Illustration : © CNRS/LPN

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Sonder l’interaction entre un nano-émetteur

unique et une monocouche de graphèneMars 2015

Des physicien·ne·s ont mesuré l’interaction entre un nanocristal individuel et un monofeuillet de graphène et déterminé comment cette interaction dépend de la distance entre cet émetteur et le graphène.La proximité d’une interface modifi e de manière conséquente l’émission lumineuse d’un système quantique tel un atome, une molécule, un nanocristal ou une nanoplaquette. L’origine est à chercher à la fois du côté des mécanismes génériques associés à l’interaction entre le système quantique et la surface, mais aussi de leurs propriétés spécifi ques : structure électronique, niveaux d’énergie, etc. À ce titre, le graphène, qui est un système semi-métallique rigoureusement bidimensionnel, se prête particulièrement bien à des transferts d’énergie effi caces.Des physiciens de l’Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg - IPCMS (CNRS/université de Strasbourg), en collaboration avec une équipe du Laboratoire de physique et d’étude des matériaux - LPEM (CNRS/ESPCI Paristech, UPMC) et un groupe de l’Institut coréen de recherche en technologie chimique (KRICT), viennent de mesurer pour la première fois la dépendance en distance du taux de transfert d’énergie entre une nanostructure semi-conductrice individuelle et une monocouche de graphène. Les chercheurs ont observé un transfert d’énergie dépassant les 95% lorsque le nano-émetteur est en contact direct avec le graphène et montré que la dépendance du taux de transfert vis-à-vis de la distance donneur-accepteur peut être utilisée pour des mesures quantitatives de distances nanométriques. Ces travaux sont publiés dans la revue Nano Letters.

Pour cette expérience, les physiciens ont tout d’abord déposé des monofeuillets de graphène sur une surface de quartz poli. Ils ont ensuite déposé un fi lm ultralisse d’oxyde de magnésium d’épaisseur calibrée in situ, puis confi rmée par microscopie à force atomique. Ils ont ensuite déposé des nanocristaux de CdSe espacés les uns des autres. Ils ont ensuite illuminé ces nanostructures l’une après l’autre à l’aide d’un faisceau laser fortement focalisé, afi n de mesurer la durée de vie de leur luminescence en détectant la distribution statistique des écarts temporels entre l’excitation d’un nano-émetteur unique et la détection d’un photon émis. Lorsque le nanocristal excité par la lumière est proche du graphène, il peut aussi transmettre de l’énergie vers cette surface par un processus coulombien non radiatif qui a pour effet de réduire drastiquement la durée de vie de luminescence. En comparant cette durée de vie en présence et en l’absence de graphène, on peut déduire directement le temps caractéristique de transfert et le taux associé.Pour des nanocristaux sphériques, confi nés dans les trois dimensions de l’espace et assimilables à des boîtes quantiques, les chercheurs ont alors mesuré une dépendance en puissance quatrième de l’inverse de la distance pour le taux de transfert d’énergie (1/d4), caractéristique d’un système « point-plan ». Les chercheurs ont aussi réalisé des expériences avec non plus des nanosphères, mais des nanoplaquettes, que l’on peut décrire comme des systèmes bidimensionnels (puits quantiques). Dans ce cas, une déviation par rapport à une loi « en 1/d4 » est observée dans la limite des faibles distances. Ceci ouvre des perspectives intéressantes pour l’étude des effets de dimensionnalité sur le transfert d’énergie et suggère réciproquement que la localisation des excitations élémentaires dans les nanostructures semiconductrices peut être sondée en mesurant leur taux de transfert d’énergie vers le graphène ou potentiellement, vers un autre système accepteur bidimensionnel.

Distance Dependence of the Energy Transfer Rate from a Single

Semiconductor Nanostructure to Graphene, F. Federspiel1, G. Froehlicher1,

M. Nasilowski2, S. Pedetti2, A. Mahmood1, B. Doudin1, S. Park3, J.-O Lee3, D.

Halley1, B. Dubertret2, P. Gilliot1, S. Berciaud1, Nano Letters 15, 1252 (2015)

Retrouver l’article sur la base d’archives ouvertes arXiv

En savoir plus

Stéphane Berciaud, maître de conférences de l’université de Strasbourg

Contact chercheur

1 Institut de physique et chimie des maté riaux de Strasbourg (IPCMS)

2 Laboratoire de physique et d’étude des maté riaux (LPEM)

3 Advanced Materials Division, Korea Research Institute of Chemical

Technology

Informations complémentaires(a) Schéma de principe du transfert d’énergie en un nano-émetteur et une moncouche

de graphène. Les fl èches illustrent les différentes excitations électroniques possibles à

l’issue du transfert d’énergie vers le graphène. (b) Image du signal de luminescence issu

de nanoplaquettes de CdSe/CdS/ZnS directement déposées sur un échantillon contenant

une monocouche de graphène (aire pointillée). L’émission des nanoplaquettes adsorbées

sur le graphène est très fortement inhibée. (c) Taux de déclin de luminescence (chaque

point est une moyenne statistique obtenue sur une trentaine de plaquettes uniques) en

fonction de l’épaisseur de l’espaceur diélectrique de MgO. Un schéma de l’échantillon

est représenté en insert.

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Observer une boîte quantique unique dans le

domaine térahertzMars 2015

Des physicien·ne·s ont pour la première fois mesuré l’absorption par une boîte

quantique unique d’une onde électromagnétique dans le domaine térahertz.

La lumière visible ou infrarouge interagit suffi samment fortement avec la

matière pour permettre d’effectuer des mesures spectroscopiques sur des

objets individuels comme des molécules ou des nano-objets tels que des boîtes

quantiques. Il n’est hélas pas possible d’étendre ces techniques pour accéder

au domaine des ondes térahertz, car leurs longueurs d’onde plus grandes

interagissent trop peu avec la matière. Une équipe de l’Institute of Industrial

Science de l’Université de Tokyo en collaboration avec des physiciens du

Laboratoire Pierre Aigrain - LPA (CNRS/ENS/UPMC/Univ. Paris Diderot) vient de

contourner cette diffi culté et a pour la première fois mesuré l’absorption d’ondes

térahertz par une nano-boîte quantique unique. Pour y parvenir, les chercheurs

ont d’une part exalté l’interaction entre l’onde et la nano-boîte quantique à l’aide

d’une antenne de taille micrométrique et d’autre part procédé à une détection

électrique de l’absorption de photons térahertz en plaçant la boîte quantique

au cœur d’un transistor. Ces travaux sont publiés dans la revue Nano Letters.

La boîte quantique étudiée par les physiciens est une boîte autoassemblée

d’arséniure de gallium et d’indium d’un diamètre d’une centaine de nanomètres

et d’une dizaine de nanomètres d’épaisseur. Après avoir repéré une telle boîte

sur son substrat, les chercheurs ont déposé de part et d’autre deux électrodes

en alliage de titane et d’or à 20nm de distance de la boîte. Ce faisant, ils ont

ainsi réalisé un transistor sensible à la présence d’un seul électron à cause de

sa très petite taille. Chaque photon térahertz absorbé par la boîte se traduit

en un électron traversant le dispositif, ce qui permet une détection électrique

directe des absorptions. Les chercheurs ont donné aux électrodes une forme de

« noeud papillon » haut de 12 micromètres et large de 25 micromètres, ce qui en

fait une antenne concentrant le rayonnement térahertz dans la zone de la boîte

quantique. Ils ont alors effectué leurs mesures en éclairant cet ensemble par

une source thermique peu intense et en contrôlant le potentiel électrostatique de

la boîte, et donc, le nombre d’électrons qui y résident. Les mesures, effectuées

à 4.6 K leur ont permis d’identifi er la nature des mécanismes responsables

de l’apparition du photo-courant. Outre un photo-courant induit par la photo-

ionisation classique où le photon promeut un des électrons de la boîte au-

dessus du niveau de Fermi des électrodes, les expériences révèlent l’existence

d’un mécanisme de photo-courant induit par les corrélations électroniques.

Cette nouvelle méthode de détection établie dans le cas d’une boîte quantique

de semi-conducteur pourra être appliquée à différents nano-objets comme les

nanotubes de carbone, les nanofi ls et même des molécules et devrait se révéler

un outil de choix pour caractériser des états électroniques en couplage fort avec

les vibrations.

Terahertz Intersublevel Transitions in Single Self-Assembled InAs Quantum

Dots with Variable Electron Numbers, Y. Zhang1, K. Shibata1,2, N. Nagai1, C.

Ndebeka-Bandou1,3, G. Bastard1,3 et K. Hirakawa1,2 Nanoletters (2015)

En savoir plus

Gerald Bastard, directeur de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Center for Photonics Electronics Convergence, Institute of Industrial

Science

2 Institute for Nano Quantum Information Electronics, University of Tokyo

3 Laboratoire Pierre Aigrain (LPA)


Spectres de photo-courant en fonction de l’énergie des photons pour différentes

occupations du pseudo-atome « plat »

Image SEM d’un transistor à un électron inséré dans le gap d’une nano-électrode

forme de nœud papillon

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Des boîtes quantiques plaquées or pour ne plus

clignoterMai 2015

En recouvrant des nanocristaux fl uorescents de semiconducteurs avec une coque d’or, des physiciens ont supprimé le clignotement de ces émetteurs de lumière et les ont rendu résistants aux fortes sources d’énergie.

Les nanocristaux de semiconducteurs, ou boîtes quantiques sont des nanoparticules fl uorescentes dont la couleur est déterminée par la taille, ce qui les rend très attractifs pour l’imagerie, l’affi chage ou l’éclairage. Cependant, deux défauts limitent encore ces applications : elles clignotent, en basculant aléatoirement entre différents états plus ou moins lumineux, et elles photoblanchissent, en perdant de la luminosité lorsqu’elles sont soumises à une énergie incidente trop forte. Deux pistes ont toutefois récemment émergé pour réduire le clignotement : recouvrir les boîtes quantiques d’une coque d’un autre semi-conducteur ou les placer près de nanostructures d’or. En s’en inspirant, des physiciens du Laboratoire Charles Fabry – LCF (CNRS/IOGS/Univ. Paris-Sud) et une équipe du Laboratoire de Physique et d’Etude des Matériaux – LPEM (CNRS/ESPCI/UPMC) ont réalisé des boîtes quantiques enrobées d’une coquille d’or qui ne clignotent plus et qui ne photoblanchissent pas. Ce travail est publié dans la revue Nature Nanotechnology.

Pour réaliser ce travail, les physiciens ont tout d’abord synthétisé par voie colloïdale des boîtes quantiques de séléniure de cadmium de 3 nanomètres de rayon entourées d’une coque épaisse de 12 nanomètres de sulfure de cadmium. Ils ont ensuite entouré cette boîte quantique d’une couche de silice épaisse de 35 nanomètres déposée en solution par un procédé sol-gel. Ils ont enfi n déposé des germes d’or sur la silice et ont fait grossir la couche formée par réduction de sels d’or jusqu’à une épaisseur de 20 nanomètres. Les chercheurs ont choisi ces épaisseurs après des simulations numériques visant à maximiser le couplage entre la nanosphère et les plasmons de la couche d’or et ainsi raccourcir la durée de vie radiative de l’état excité. Ils ont ensuite mesuré la fl uorescence d’une cinquantaine de nanosphères observées une à une au microscope. Ces mesures ont montré que ces nanoparticules réémettent les photons qu’elles ont absorbés 6 fois plus vite que les boîtes quantiques non recouvertes. L’émission de lumière par ces boîtes quantiques se caractérise par une absence de fl uctuation et une intensité très stable.

Non-blinking quantum dot with a plasmonic nanoshell resonator, B. Ji1, E. Giovanelli1, B. Habert2, P. Spinicelli1, M. Nasilowski1, X. Xu1, N. Lequeux1, J.-P. Hugonin2, F. Marquier2, J.-J. Greffet2 et B. Dubertret1, Nature Nanotechnology (2015)

En savoir plus

Benoit Dubertret, directeur de recherche CNRS

Jean-Jacques Greffet, professeur à l’Institut d’Optique Graduate School

Contact chercheur

1 Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (LPEM)2 Laboratoire Charles Fabry (LCF)


Image de microscopie électronique en transmission et intensité de fl uorescence en

fonction du temps pour les boîtes quantiques initiales (a)) et les boîtes quantiques

entourées d’une couche de silice et d’une coquille d’or (b)).

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Des nanolasers couplés pour approcher le régime

quantique de la brisure spontanée de symétrieJuin 2015

Des physiciens viennent pour la première fois de mettre en évidence un phénomène de brisure spontanée de symétrie avec deux nanolasers couplés dont les résonateurs ne contiennent qu’une centaine de photons.

Lorsque l’on comprime progressivement une règle plate en cherchant à rapprocher ses deux extrémités, celle-ci fl échit soudainement d’un côté ou de l’autre, le choix du côté étant aléatoire. Ce comportement est un exemple parmi d’autres d’une brisure spontanée de symétrie, un phénomène omniprésent en physique et très largement analysé et compris dans le régime macroscopique. Aujourd’hui, les chercheurs s’interrogent sur ce que signifi e une brisure spontanée de symétrie dans le cas d’un système micro- ou nanoscopique, lorsque l’on s’approche d’un régime quantique. Des physiciens du Laboratoire de photonique et de nanostructures - LPN (CNRS) ont fait un pas dans cette direction en concevant et en élaborant un système présentant ce type de comportement et faisant intervenir un petit nombre de photons : deux lasers nanométriques identiques couplés par interaction nonlinéaire. Lorsque l’on augmente l’excitation, l’émission de lumière, initialement symétrique, bascule dans un régime dans lequel l’un des deux lasers est bien plus brillant que l’autre. Le nombre de photons qui participe à la brisure de symétrie est faible, de l’ordre de 100 par cavité, et pourrait être davantage abaissé. Il est donc possible d’envisager une transition de ce type avec quelques photons

seulement et d’étudier l’empreinte attendue de comportements quantiques. Ces expériences ouvrent en outre de nouvelles perspectives pour la réalisation de nanomémoires optiques à bascule intégrées. Ce travail est publié dans la revue Nature Photonics.

Les physiciens du LPN ont réalisé leur système dans une membrane suspendue en phosphure d’indium d’un quart de micromètre d’épaisseur et percées d’un réseau triangulaire de trous distants d’un demi-micromètre et constituant un cristal photonique interdisant toute propagation de la lumière dans le plan de la membrane. C’est en remplissant certains de ces trous d’un matériau actif ou en modifi ant leur géométrie que les chercheurs ont réalisé les deux nanolasers à puits quantique en InGaAs/InGasP ainsi que la barrière les séparant. En focalisant sur les nanolasers une source continue infrarouge émettant à 808 nm, les physiciens provoquent l’émission de lumière. Les nanolasers couplés sont injectés par un laser focalisé en leur centre. La géométrie du système, symétrique par rapport à la barrière, impose à l’émission laser la même symétrie. Pour en faire la mesure, une image de chaque nanocavité est réalisée sur deux détecteurs indépendants. Ce qui permet la mesure simultanée de la lumière émise par la nanocavité de gauche et celle de droite pour différentes puissances d’injection. Jusqu’à 4,5mW l’émission est symétrique, identique à droite et à gauche. Au-delà de cette puissance, la réponse devient dissymétrique et la lumière se localise, spontanément, soit d’un côté soit de l’autre. Afi n de s’assurer que le basculement est bien dû à une brisure spontanée de symétrie et non pas à des effets physiques parasites, les physiciens ont ajouté une courte excitation lumineuse permettant de faire basculer l’intensité d’un côté à l’autre.

Spontaneous mirror-symmetry breaking in coupled photonic-crystal nanolasers, P.

Hamel, S. Haddadi, F. Raineri, P. Monnier, G. Beaudoin, I. Sagnes, A. Levenson et A.

M. Yacomotti, Nature Photonics (2015)

Retrouvez l’article sur la base d’archives ouvertes arXivA lire aussi à propos de l’ingénierie de la molécule photonique : «Photonic molecules

: tailoring the coupling strength and sign», Optics Express (2014)

En savoir plus

Alejandro Giacomotti, chargé de recherche CNRS

Voir la page de l’équipe NanoPhotonIQ du LPN

Contact chercheur

Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN)

Informations complémentairesVue 3D des nanolasers couplés réalisés dans un cristal photonique bidimensionnel.

Copyright CNRS/LPN

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Première mise en évidence directe de l’«effet

fl exomagnétoélectrique» grâce à une molécule

fl uorescenteNovembre 2015

Des physiciens ont pour la première fois mis en évidence la possibilité de créer une polarisation électrique à partir d’une inhomogénéité de champ magnétique. Pour cela ils ont employé une technique d’imagerie utilisant des molécules uniques comme nanosondes locales de champ électrique.

Largement étudiés depuis une dizaine d’années, les matériaux multiferroïques présentent à la fois des propriétés électriques et magnétiques. Le couplage entre ces deux grandeurs permet notamment de contrôler l’aimantation à l’aide d’un champ électrique ce qui ouvre la voie au développement de nouveaux éléments de mémoire à faible consommation énergétique. Toutefois, l’apparition conjuguée de propriétés électriques et magnétiques ainsi que leur couplage n’est possible que dans des cristaux dont la maille présente des symétries très particulières et notamment une absence de symétrie d’inversion. Récemment, des physiciens ont prédit qu’il devrait être possible d’obtenir un comportement multiferroïque dans des matériaux centrosymétriques (i.e.: présentant une symétrie d’inversion), lorsque l’aimantation locale présente un défaut de symétrie. Cet effet, baptisé «effet fl exomagnétoélectrique», a été observé de manière directe pour la première fois par des physiciens bordelais du Laboratoire photonique numérique et nanosciences - LP2N (CNRS/Univ. Bordeaux/IOGS) et du Laboratoire ondes et matière d’Aquitaine - LOMA (CNRS/Univ. Bordeaux) en analysant la lumière émise par des molécules fl uorescentes utilisées comme nanosondes ultrasensibles au champ électrique. Les chercheurs ont ainsi montré l’apparition d’une polarisation électrique dans un grenat de lutécium et de fer substitué au bismuth lorsque ce dernier est soumis à un champ magnétique dont les inhomogénéités sont provoquées par un fi lm d’indium

dans lequel s’enchevêtrent des zones supraconductrices et des zones dans l’état métallique normal. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Les physiciens ont utilisé comme sonde pour le champ électrique des molécules aromatiques emprisonnées dans une matrice organique transparente refroidie à la température de 2 kelvins, afi n de rigidifi er leur cage moléculaire. Ces molécules fl uorescentes se comportent alors comme des résonateurs optiques dont les raies d’émission, très étroites, se déplacent de manière sensible en présence d’un très faible champ. Dans l’expérience, ce fi lm organique dopé en nanosondes fl uorescentes et épais d’un dixième de micromètre se trouve entre une couche de 2,5 micromètres d’épaisseur de grenat de lutécium et de fer substitué au bismuth et une couche de 1,6 micromètres d’indium supraconducteur. A une température de quelques kelvins, l’indium est supraconducteur. Les chercheurs ont alors appliqué un champ magnétique de quelques milliteslas, une valeur faible, mais assez intense pour ramener certaines régions de l’indium dans leur état normal. L’enchevêtrement géométrique désordonné de ces deux types de régions produit une distribution inhomogène de champ magnétique dans le grenat dont l’échelle typique est la dizaine de micromètres. En combinant microscopie de polarisation et spectroscopie de molécules individuelles les chercheurs ont à la fois cartographié les inhomogénéités de champ magnétique dans le grenat, et imagé la fl uorescence des molécules en enregistrant leur spectre d’excitation de la fl uorescence. En se servant d’une petite modulation du champ magnétique appliqué au cours du temps, ils ont montré qu’un mouvement oscillant des parois de domaines normal/supraconducteur engendre une oscillation de la fréquence de résonance des molécules situées dans leur voisinage. Les champs électriques directement mesurés par les molécules sondes sont en accord avec les estimations théoriques. Cette découverte ouvre la voie à l’emploi des molécules fl uorescentes individuelles comme nanosondes ultrasensibles pour explorer des effets subtils de champ électrique local dans la matière condensée, ou pour détecter le mouvement mécanique de nano-oscillateurs chargés.

Direct Evidence of Flexomagnetoelectric Effect Revealed by Single-Molecule Spectroscopy, I. S. Veshchunov1, S. V. Mironov2, W. Magrini1,2, V. S. Stolyarov3, A. N. Rossolenko3, V. A. Skidanov4, J.-B. Trebbia1, A. I. Buzdin2, Ph. Tamarat1 et B. Lounis1, Physical Review Letters (2015)

Retrouvez l’article sur la base d’archives ouvertes HAL

En savoir plus

Brahim Lounis, professeur de l’Université de Bordeaux

Contact chercheur

1 Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (LP2N)

2 Laboratoire ondes et matière d’Aquitaine (LOMA)

3 Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences

4 Institute for Design Problems in Microelectronics, Russian Academy of Sciences

Informations complémentairesRefroidi à une température de 2 kelvins et soumis à un champ magnétique externe

uniforme, le fi lm d’indium se structure en un dédale de régions supraconductrices

(S) et de zones normales (N) qui redistribue le champ magnétique et organise dans le

grenat des domaines d’aimantation (M). C’est au voisinage des parois de domaines

d’aimantation (parois de Néel) qu’est générée une polarisation électrique (P) : c’est

l’effet fl exomagnétoélectrique, qui est sondé par déplacement de la fréquence de

résonance optique des nanosondes fl uorescentes (effet Stark).

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Une source à haute cadence de photons uniquesMars 2015

Des physicien·ne·s viennent de réaliser une source de photons uniques dont le débit dépasse le cap du million de photons par seconde. Cette source destinée à la transmission d’informations quantiques sécurisées a été réalisée à l’aide de composants de dernière génération développés pour les télécommunications optiques.

La physique quantique permet la transmission sécurisée de clefs de cryptographie. Pour cela, les dispositifs actuels reposent essentiellement sur des sources de « photons uniques » qui doivent émettre un à un des photons indiscernables, rapidement, tout en s’assurant que deux photons ne sont jamais envoyés simultanément. Comme l’émission de photons, même un par un, reste un processus aléatoire, la solution couramment retenue est d’émettre des paires de photons corrélés, dont l’un est utilisé pour annoncer l’arrivée du second. Ce processus reste effi cace, tant que l’on peut s’assurer que deux paires ne risquent pas d’être émises simultanément, une diffi culté majeure lorsque l’on cherche à augmenter le débit.

Dans ce contexte, des physiciens du Laboratoire de physique de la matière condensée - LPMC (CNRS/Univ. de Nice Sophia Antipolis) viennent de réaliser une source de photons uniques annoncés d’un débit dépassant le million de photons par seconde, tout en maintenant une probabilité d’avoir deux photons simultanément inférieure à un pour mille. Plutôt que d’utiliser la stratégie habituelle consistant à augmenter l’intensité du laser pompe provoquant l’émission de paires de photons, les chercheurs ont augmenté la cadence de pompage en utilisant les impulsions issues d’un laser télécom ultrarapide. La puissance crête de chaque impulsion de pompe est maintenue à des valeurs suffi samment faibles pour que la génération simultanée de multiples paires de photons reste négligeable. La réalisation de cette source repose sur l’utilisation de composants fi brés disponibles dans le commerce et parfaitement compatibles avec les réseaux fi brés standard. Ce travail est publié dans la revue Laser & Photonics Reviews.

Ultra-fast heralded single photon source based on telecom technology, L.

A. Ngah, O. Alibart, L. Labonté, V. D’Auria et S. Tanzilli, Laser & Photonics

Reviews 9 : L1–L5 (2015)


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Virginia D’Auria, maître de conférences de l’Université de Nice Sophia

Antipolis

Contact chercheur

Laboratoire de physique de la matière condensée (LPMC)


Les impulsions optiques issues d’un laser télécom ultrarapide, dont la longueur d’onde

est convertie au préalable, sont utilisées pour générer des paires de photons corrélés.

Ces photons sont ensuite séparés pour que la détection de l’un annonce la présence de

l’autre. Les étapes de conversion de fréquence et génération de paires de photons sont

effectuées chacune dans un milieu avec des propriétés optiques non linéaires.

© Bernard Gay-Para / LPMC


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Une localisation ultra-précise de nanoparticules pour améliorer la résolution des microscopes juillet 2015 En microscopie de super-résolution, la très haute sensibilité

des appareils impose de stabiliser l’échantillon observé avec

une précision nanométrique. A cette échelle, les mécanismes

de stabilisation des microscopes ont des limites mécaniques

et thermiques : des rotations minimes ou de petites variations

de température peuvent entraîner un changement dans la mise

au point. Il faut donc trouver des solutions pour corriger les

dérives. [...]

contact chercheur : Pierre Bon, [email protected]

Images d’intensité et de phase de deux nanoparticules d’or de 100 nanomètres de diamètre

(à gauche). Images super-résolues de cellules sans et avec correction par la technique (au

milieu et à droite). © Institut des sciences moléculaires d’Orsay/CNRS



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Nano tubes - Nanof i l s

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Superpermittivité diélectrique de liquides

nanoconfi nésAoût 2015

Des physiciens viennent de montrer que la permittivité diélectrique de l’eau est 10 fois plus importante lorsque ce fl uide est confi né à l’échelle nanométrique. Ils ont pour cela modélisé numériquement l’arrangement et l’orientation de molécules d’eau dans un nanotube de carbone.

La permittivité diélectrique d’un matériau isolant quantifi e la manière dont les charges électriques de ce dernier se réorganisent sous l’effet d’un champ électrique. Cette propriété est cruciale pour comprendre la capacité de l’eau à retenir des ions, notamment lors de procédés de fi ltration au travers de membranes nanoporeuses. Actuellement, le manque de connaissance concernant la valeur de la permittivité diélectrique de fl uides sous confi nement nanométrique limite notre capacité à modéliser correctement le comportement des fl uides nanoconfi nés. A l’aide d’une modélisation numérique, des physiciens et des chimistes de de l’Institut de physique de Rennes - IPR (CNRS/Univ.Rennes 1), de L’Institut des sciences chimiques de Rennes - ISCR (CNRS/Univ.Rennes 1), de l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (CNRS/Univ.Blaise Pascal/ENSC Clermont-Ferrand) et de l’Institut Gerhardt de Montpellier (CNRS/Univ.Montpellier/ENSC Montpellier) viennent de montrer que dans un nanotube de carbone, la permittivité électrique de l’eau dans la direction de l’axe du tube est près de 10 fois plus importante que pour le liquide libre. Ce phénomène a pour origine la surdensité à l’interface avec l’intérieur du nanotube et un processus de préorientation des molécules d’eau due à leur confi nement. Ce travail est publié dans le Journal of Chemical Physics.

Les chercheurs ont modélisé le comportement de molécules d’eau dans des nanotubes de carbone par des méthodes de dynamique moléculaire et un traitement statistique de type Monte-Carlo. Ils ont pour cela considéré deux

nanotubes de diamètre 1,25 nanomètre et 2,7 nanomètres longs de 10 nanomètres ainsi qu’un cube d’eau de 5 nanomètres de côté comme situation de référence. Les chercheurs ont en outre effectué les mêmes simulations avec du dichlorométhane, un fl uide apolaire, contrairement à l’eau qui est fortement polaire. Ces simulations ont montré que la permittivité de l’eau dépend de la position, avec une augmentation très forte près de la surface du nanotube. L’accès au comportement à l’échelle microscopique a permis aux chercheurs d’associer cet effet à la surdensité interfaciale de l’eau : alors qu’en volume, chaque molécule d’eau a en moyenne 5,2 voisines, près de la surface du nanotube, elle en a 6,2. Les contraintes dues à ce confi nement induisent alors des fl uctuations plus importantes d’orientation et par conséquent une plus grande susceptibilité. Ces résultats devraient permettre de mieux appréhender les effets du confi nement de liquides ioniques à l’échelle nanométrique, et ouvrent la voie à une modélisation macroscopique plus précise des propriétés de transport dans les matériaux nanostructurés.

Superpermittivity of nanoconfi ned water, R. Renou1, A. Szymczyk1, G. Maurin2, P.

Malfreyt3 et A. Ghoufi 4, Journal of Chemical Physics (2015)

Retrouvez l’article sur la base d’archives ouvertes HAL

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Aziz Ghoufi , maître de conférences de l’université Rennes 1

Contact chercheur

1 Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR)2 Institut Charles Gerhardt de Montpellier (ICGM)3 Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF)4 Institut de Physique de Rennes (IPR)


Composante axiale de la permittivité diélectrique de l’eau confi née dans un nanotube de

carbone de rayon 4 Å.

Eau confi né dans un nanotube de carbone de rayon 4 Å. Les atomes de carbone sont en

couleur cyan. Pour plus de clarté seule une coupe du nanotube est présentée.

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Du sel pour stocker encore plus de puissance dans

les « anti-éponges »Décembre 2015

Des physicien-ne-s viennent de mettre en évidence un nouvel effet osmotique sans membrane, entre l’intérieur et l’extérieur de particules nanoporeuses. La confi guration des nanopores permet de supporter des pressions osmotiques géantes et présente des similitudes avec des sites enzymatiques.

Lorsque l’on met en contact de l’eau avec une éponge, l’eau est aspirée à l’intérieur de l’éponge car il est énergiquement favorable de mouiller l’énorme surface intérieure recouvrant les pores de cet objet. Il est possible de provoquer le comportement inverse, c’est-à-dire une expulsion de l’eau, en réalisant un matériau poreux à partir de molécules hydrophobes. L’énergie nécessaire pour vaincre cette pression répulsive et remplir d’eau cette « anti-éponge » peut être récupérée lorsqu’on éjecte l’eau en relâchant la pression. La surface considérable des matériaux nanoporeux permet d’y stocker une densité d’énergie comparable à celle des supercondensateurs et, surtout, de récupérer cette énergie encore plus rapidement et avec un rendement de près de 90 %. En s’intéressant à des anti-éponges dont les pores sont de taille nanométrique, des physiciens du laboratoire MATEIS (CNRS/INSA Lyon/Univ. Lyon 1) et du laboratoire Interdisciplinaire de Physique - LIPhy (CNRS/UJF Grenoble) viennent de montrer qu’ajouter du sel dans l’eau que l’on cherche à injecter dans les nanopores peut augmenter la pression de fonctionnement d’un facteur dix et multiplier d’autant l’énergie stockée. Ils ont montré que cet effet est uniquement dû à la pression osmotique résultant de l’impossibilité pour les ions du sel de pénétrer dans les nanopores en raison de leur trop grosse taille. Ces résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Dans le cadre de ce travail, les chercheurs ont utilisé une cellule étanche et déformable remplie pour chaque expérience d’une solution saline contenant des particules nanoporeuses de ZIF-8 (zeolitic imidazolate framework-8), un matériau à structure ordonnée organométallique. Ce matériau synthétique formé de cages sphériques interconnectées par des pores de 0.3 nm de

diamètre est connu pour son hydrophobicité. Les solutions salines, utilisées à différentes températures, ont été préparées à partir de sept sels distincts dissouts à diverses concentrations. La cellule de mesure s’apparente à un système cylindre-piston dont l’étanchéité est assurée par un souffl et métallique capable de se déformer à vitesse élevée sous des pressions de plusieurs centaines d’atmosphères. La cellule est actionnée par une machine de traction qui permet de contrôler fi nement les phases d’intrusion forcée de l’eau dans les particules poreuses et d’extrusion spontanée hors des particules, sur des durées ajustables jusqu’à quelques dizaines de millisecondes. La mesure de la pression dans la cellule en fonction de son volume permet de déterminer précisément les pressions d’intrusion et d’extrusion. Pour chaque température et concentration en sels, l’écart à la pression mesurée en présence d’eau pure a été relevé. Cet écart s’avère être précisément égal à la pression osmotique de chaque solution à la température utilisée, indépendamment des vitesses d’intrusion et d’extrusion. Cette contribution osmotique résulte de l’exclusion des ions solubilisés hors du matériau, dont la taille des pores est inférieure à celle des ions. Ce phénomène, non spécifi que au ZIF-8, apparait en présence de toute structure capable d’exclure les ions. Des comportements inattendus, déjà observés avec d’autres matériaux à pores subnanométriques, ont pu ainsi être expliqués. Il reste à présent à clarifi er les mécanismes responsables de cette exclusion hors des pores hydrophobes, celle-ci n’étant pas purement d’origine stérique.

Giant Osmotic Pressure in the Forced Wetting of Hydrophobic Nanopores,

M. Michelin-Jamois1, C. Picard2, G. Vigier1 et E. Charlaix2, Physical Review Letters

(2015)

Retrouvez la publication sur les bases d’archives ouvertes HAL et arXiv

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Cyril Picard, maître de conférences de l’Université Joseph Fourier

Voir la page du groupe « Matière molle : Organisation, Dynamique et Interfaces » du LIPhy

Contact chercheur

1 Laboratoire MATEIS2 Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy)

Informations complémentairesParticules nanoporeuses entourées d’une solution saline contenues dans une enceinte

fermée par un piston mobile. L’énergie est stockée par entrée d’eau forcée dans les

particules nanoporeuses. L’énergie est récupérée sur demande, par éjection spontanée de

l’eau sous pression hors des particules.

Illustration de l’entrée de molécules d’eau dans un nanopore et exclusion des ions constitutifs

d’un sel.

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Dispersion induite par une force dans les milieux

hétérogènesDécembre 2015

Des physiciens viennent de montrer que dans un milieu hétérogène, un simple mouvement de dérive peut provoquer une dispersion des composants. Le nouveau traitement théorique qu’ils ont mis en place pour analyser ce problème leur a permis de caractériser la façon dont des forces extérieures peuvent modifi er la dispersion.

De petites particules injectées localement dans un fl uide, des polluants par exemple, se dispersent progressivement dans tout le volume. Deux raisons à cela : à l’échelle macroscopique, les mouvements désordonnés du fl uide mélangent ses composants et à l’échelle microscopique, l’agitation thermique provoque un mouvement erratique différent pour chaque particule. Des physiciens du Laboratoire ondes et matières d’Aquitaine - LOMA (CNRS/Univ. Bordeaux) viennent de montrer que dans un milieu hétérogène, tel un milieu poreux ou un réseau de microcanaux, une troisième source de dispersion peut apparaitre lorsque les particules sont soumises à une force constante provoquant un mouvement de dérive. Pour réaliser ce travail, les chercheurs ont généralisé et combiné des approches utilisées habituellement dans des contextes différents : la mécanique des fl uides pour l’échelle macroscopique et la physique statistique pour l’échelle microscopique. Ils ont montré que la force extérieure peut augmenter considérablement la dispersion dans la direction de la force et qu’elle modifi e aussi la dispersion dans les directions perpendiculaires à la force. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Force-induced dispersion in heterogeneous media, T. Guérin et D. S. Dean, Physical Review Letters (2015)

Retrouvez l’article sur les bases archives ouvertes Hal et arXiv

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Thomas Guérin, chargé de recherche CNRS

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Laboratoire ondes et matières d’Aquitaine (LOMA)


Exemples de trajectoires aléatoires de deux particules se déplaçant dans un milieu

hétérogène périodique (la constante locale de diffusion est représentée par un code couleur),

sous l’infl uence d’une force extérieure orientée vers la droite. Les propriétés de dispersion

caractérisent la façon dont ces particules s’éloignent (en moyenne) avec le temps.

Exemple de valeurs de coeffi cients de diffusion effectifs en fonction de la force extérieure pour le problème de la fi gure 1 (Direction x : parallèle à la force ; y : perpendiculaire). Noter le comportement non-monotone des coeffi cients de diffusion, et l’accroissement important de D

xx sous l’effet de la force.

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La transition métal-semiconducteur observée sur

une chaîne atomique de carboneJuillet 2015

Des physiciens ont pour la première fois observé le changement d’organisation d’une chaîne monoatomique de carbone en mesurant comment elle conduit le courant électrique.

On sait depuis les travaux de Rudolph Peierls dans les années 30 que les atomes d’un métal unidimensionnel ne sont pas régulièrement espacés. Chaque atome s’approche de l’un de ses voisins et s’éloigne de l’autre de sorte que la chaîne est une alternance de liaisons longues et courtes. Toutefois, une étude récente menée à l’Université Rice a prédit que ce n’est pas le cas pour une chaîne d’atomes de carbone : pour cet atome, la confi guration où les atomes sont régulièrement espacés serait énergiquement favorable. En mettant à profi t la différence de nature dans les propriétés de conduction électrique de ces deux confi gurations, des physiciens de l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg - IPCMS (CNRS/Univ. Strasbourg) viennent de montrer que cela est effectivement le cas. Par des mesures de conductivité électrique effectuées à l’aide d’un microscope à effet tunnel, sous observation en microscopie électronique, ces physiciens ont montré qu’une chaîne monoatomique de carbone a une structure métallique, caractéristique d’un espacement régulier entre atomes. En revanche, lorsque cette chaîne est tendue, la conductivité est caractéristique d’un semi-conducteur, signe d’un changement de confi guration vers une alternance de liaisons courtes et longues. Ce travail est publié dans la revue Nature Communications.

Chaque atome de carbone dispose de quatre électrons non appariés et est donc susceptible de former quatre liaisons chimiques. Dans une chaîne d’atomes de carbone, deux types de confi guration sont donc possibles : une liaison double avec chaque voisin ou bien une liaison simple avec l’un et une liaison triple avec l’autre. Dans le premier cas, appelé cumulène, les atomes

sont régulièrement espacés et la succession de liaisons doubles conduit à une délocalisation des électrons sur toute la longueur de la chaîne, c’est-à-dire au comportement d’un métal. Dans le second cas appelé polyyne, l’alternance de liaisons simples et triples, de longueur différentes, conduit la localisation des électrons et à un comportement électrique de type semi-conducteur. C’est cette propriété que les chercheurs on mis à profi t pour déterminer électriquement l’agencement des atomes dans la chaîne. Grâce à un microscope à effet tunnel intégré dans le porte-objet d’un microscope électronique en transmission, les physiciens ont créé des fi ls atomiques en contactant un matériau graphitique avec les électrodes, puis en rétractant précautionneusement l’une d’elles. Le contact électrique avec cette même électrode leur a alors donné accès aux propriétés électroniques des chaînes. Des chaînes de carbone courbées, donc non contraintes, ont montré le comportement électrique d’un métal. La structure est alors celle du cumulène, une suite régulière de liaisons doubles. A contrario, des caractéristiques électriques différentes furent mesurées lorsque les chaînes étaient soumises à une tension mécanique. Les chaînes tendues montrent alors une courbe courant-voltage en forme « S », typique des semi-conducteurs avec une bande interdite et caractéristique du polyyne et de l’alternance de liaisons simples et triples.

En collaboration avec des théoriciens de l’Université de Louvain, le comportement électronique des chaînes de carbone sous contrainte a pu être expliqué de manière quantitative grâce aux simulations ab initio basées sur la fonctionnelle de la densité (DFT). En augmentant la contrainte mécanique dans la chaîne, la structure cumulène se transforme automatiquement en polyyne, engendrant une transition métal – semiconducteur dont la bande interdite est directement proportionnelle à la contrainte appliquée. Une contrainte typiquement d’1eV a été calculée pour un allongement de la chaîne de 5%. Les chercheurs ont en outre étudié l’infl uence des contacts avec les électrodes et montré que si un des deux contacts est un métal, une rectifi cation est observée et mène à une courbe courant-voltage asymétrique. Ils ont ainsi réalisé expérimentalement une diode monoatomique du type Schottky.

Strain-induced metal–semiconductor transition observed in atomic carbon chains,

A. La Torre1, A. Botello-Mendez2, W. Baaziz3, J.-C. Charlier2 et F. Banhart1, Nature

Communications (2015)

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Florian Banhart, professeur de l’Université de Strasbourg

Contact chercheur

1 Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS)

2 Institute of Condensed Matter and Nanosciences, Université catholique de

Louvain

3 Institut de chimie et procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé (ICPEES)


Modèle d’une chaîne atomique de carbone (en bleu) avec des courbes courant-voltage

pour une chaîne semi-conductrice (polyyne) et une chaîne métallique (cumulène). Le circuit

électrique est montré avec l’image d’une chaîne au microscope électronique (droite).

© IPCMS/CNRS

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Mesurer et contrôler les vibrations thermiques

d’un nanofi lNovembre 2015

Des physiciens viennent de montrer qu’il est possible de mesurer les infi mes vibrations thermiques d’un nanofi l vibrant à l’aide du faisceau d’un microscope électronique. Leur méthode a une sensibilité près de mille fois meilleure que la résolution du microscope.

Aujourd’hui, les chercheurs maîtrisent la conception et l’élaboration de structures mécaniques à l’échelle nanométrique, notamment des nano-oscillateurs. L’enjeu est maintenant de caractériser fi nement leurs propriétés physiques. Jusqu’à présent, seules les techniques optiques avaient la résolution et la précision suffi santes pour mesurer les mouvements à la fois infi mes et très rapides de ces systèmes. Ces méthodes sont toutefois diffi ciles à mettre en œuvre pour l’étude de nanostructures. Des physiciens du Laboratoire de physique statistique de l’ENS (CNRS, ENS) et de l’Institut lumière matière - ILM (CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1) viennent de développer une nouvelle approche reposant sur l’utilisation du faisceau d’électrons d’un microscope électronique. Ils ont ainsi mesuré et contrôlé les vibrations d’un nanofi l. Les conditions d’application de leur méthode sont les mêmes que celles requises en microscopie électronique, ce qui permet d’en envisager une large et rapide diffusion. Ce travail est publié dans la revue Nature Communications.

Dans ce travail, les physiciens ont étudié un nanofi l de carbure de silicium cylindrique long de 150 micromètres et d’un diamètre de 250 nanomètres. Ils ont collé ce fi lm à l’extrémité d’une micropointe et monté l’ensemble dans un microscope électronique à balayage commercial. Plutôt que de balayer le faisceau d’électrons du microscope comme ils le font habituellement pour obtenir une image, les chercheurs ont « éclairé » avec ce faisceau une zone précise du fi l située à la base de ce dernier et large de 0,4 nanomètre. Ils ont alors mesuré une modulation du signal électronique renvoyé par le fi l et due au mouvement relatif entre ce dernier et le faisceau d’électrons. Ils sont ainsi parvenus à mesurer les vibrations d’origine thermiques avec une sensibilité de l’ordre du picomètre. Les chercheurs ont ensuite déplacé le spot le long du nanofi l en le maintenant à une distance de 100 nanomètres de l’axe. Ils ont alors observé une diminution progressive du spectre des déplacements, c’est-à-dire de l’énergie thermique de vibration, de presque deux ordres de grandeur. L’origine de ce refroidissement est un effet d’action retour de la mesure associé à la dilatation du nanofi l due au dépôt d’énergie par le faisceau d’électrons.

Dynamical Backaction Cooling with Free Electrons, A. Nigues1, A. Siria1 et P. Verlot2, Nature Communications (2015)

Retrouvez l’article sur la base d’archives ouvertes arXiv

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Pierre Verlot, maître de conférences de l’Université Claude Bernard

Contact chercheur

1 Laboratoire de physique statistique de l’ENS2 Institut lumière matière (ILM)


Contrôle des vibrations thermiques avec un faisceau d’électrons.

(a) Représentation schématique du principe de l’expérience : Un faisceau d’électrons

focalisé (en bleu) est dirigé sur un nanofi l suspendu au bout d’une pointe, ce qui

entraine une forte diminution de ses fl uctuations thermiques, tandis que celles d’autres

nanofi ls laissés libres (avant et arrière plans) demeurent inchangées.

(b) Clichés de microscopie électronique à balayage représentant le nano-objet vibrant

refroidi. A gauche (grossissement ×1500, barre d’échelle de 20 μm) : on distingue une

micro-pointe (en bas) au bout de laquelle se trouve collé le nanofi l de longueur 150

μm et de diamètre 250 nm. A droite (grossissement ×250000, barre d’échelle de 100

nm) : vue détaillée du nanofi l illustrant le très fort contraste accessible par microscopie

électronique.

(c) Les trois phases schématisant le mécanisme de refroidissement induit par faisceau

électronique. Lorsque le nanofi l s’écarte de sa position d’équilibre (ligne en pointillés)

sous l’effet du bruit thermique, il « rentre » dans le faisceau d’électron (phase 1). Celui-

ci dépose de l’énergie, absorbée par le nano-objet (phase 2). Cette énergie produit une

dilatation du nanofi l, qui retourne vers sa position d’équilibre, comme « repoussé » par

le faisceau d’électrons (phase 3).


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Des LED flexibles à nanofils : une nouvelle avancée pour les écrans pliables octobre 2015 Des chercheurs du CNRS, du CEA, de l’université Paris-Sud et de

l’université Joseph Fourier1 ont mis au point un nouveau procédé

pour obtenir des diodes électroluminescentes (LED) flexibles. Ces

chercheurs ont ainsi fabriqué la première diode électroluminescente

verte flexible et à nanofils au monde ainsi que le premier système

multicouche combinant des émissions bleues et vertes, une étape

cruciale avant d’obtenir des écrans et des ampoules blanches à LED

déformables. Leurs travaux sont publiés dans la revue Nano Letters

le 14 octobre 2015. [...]

contact chercheuse : Maria Tchernycheva,

[email protected]

Le vent solaire irradie les grains organiques dans le nuage protosolaire et provoque leur

enrichissement en isotope lourd de l’hydrogène. © B. Laurent à partir d’images du HST NASA/ESA

Institut de physiqueAlertes et communiqués de presse du CNRS


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Sp in t ron ique - Maté r iaux 2D -

É lec t rons dans les so l ides

Illustration : © E. Gaufrès/lLEM

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Filtrer les aimants électroniques élémentaires avec

une molécule organique et non magnétiqueJuillet 2015

Des physiciens viennent de proposer d’utiliser une molécule organique et non magnétique unique comme fi ltre à spin électronique. En modélisant la conduction électronique par une molécule de polythiophène connectant deux électrodes magnétiques, ces chercheurs ont montré théoriquement que ce système ne laisse passer que les électrons dont le spin pointe dans une direction donnée.

Afi n d’utiliser pour le traitement de l’information non seulement la charge électrique des électrons, mais aussi l’aimant élémentaire qu’ils constituent, les chercheurs développent des dispositifs électroniques sensibles à cet aspect magnétique du courant électrique, on parle alors de spintronique. Jusqu’à présent, pour l’élaboration de ces dispositifs, le choix s’était naturellement porté sur des composés magnétiques. Des physiciens du Service de physique de l’état condensé - SPEC (CNRS/CEA) viennent de montrer que ce n’est pas nécessaire. En s’appuyant sur des propriétés de symétrie, ils ont montré qu’il est possible de réaliser des dispositifs sensibles au spin des électrons en alliant des électrodes magnétiques et des composés non magnétiques, en l’occurrence dans ce travail deux électrodes à base de nickel, et un brin de molécule organique à base de carbone, soufre et hydrogène. Ils ont montré que pour une tension bien choisie, une seule population d’électrons, tous orientés dans la même direction, traverse ce dispositif, ce qui réalise un fi ltre à spin. Ce travail est publié dans la revue Nano Letters.

Pour ce travail théorique, les chercheurs ont effectué un calcul ab initio de la structure électronique d’une jonction moléculaire de polythiophène entre deux électrodes de Nickel. Si la modélisation théorique permet d’avoir le détail des propriétés de conduction de cette jonction, le résultat principal est une conséquence de l’articulation entre les propriétés magnétiques, les propriétés associées au moment angulaire, et les considérations de symétrie sur les orbitales atomiques du Nickel et des orbitales moléculaires. Tout d’abord, le moment magnétique c’est-à-dire la direction de l’aimant élémentaire que constitue l’électron est aligné avec le spin, qui correspond à l’axe de l’équivalent d’une rotation propre de l’électron sur lui même. Dans un ferromagnétique, suite au couplage entre le spin et le moment cinétique associé au mouvement orbital de l’électron autour des noyaux, il se trouve que les électrons de spin majoritaires sont uniquement présents dans les orbitales de symétrie sphérique, ce qui n’est pas le cas pour les électrons de spin minoritaire. Pour des raisons de symétrie, les orbitales à symétrie sphérique s des électrodes ne se couplent pas aux orbitales moléculaires π contribuant à liaison électrode-molécule. Les électrons de spin majoritaires ne peuvent donc pas transiter et sont bloqués par la molécule. Ce n’est pas le cas des électrons minoritaires qui eux sont présents dans les orbitales des électrodes qui sont couplées à celles de la molécule. Un autre effet intéressant réside dans la magnétorésistance du système, qui caractérise la variation de courant avec l’orientation relative de l’aimantation des deux électrodes ferromagnétiques. Dans le cas présent, lorsque l’aimantation des deux électrodes est parallèle, un courant de spins minoritaires traverse toute la jonction. Dans le cas antiparallèle, ce même courant de spins minoritaires traverse la première interface électrode-molécule, mais se retrouve bloqué à la deuxième du fait de l’inversion d’aimantation et du non-couplage entre états π et s.

Symmetry-derived half-metallicity in atomic and molecular junctions, A. Smogunov

et Y. J. Dappe, Nano Letters (2015)

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Yannick Dappe, chargé de recherche CNRS

Alexander Smogunov, chercheur CEA

Contact chercheur

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Informations complémentairesIllustration du phénomène de blocage de spin par un fi l moléculaire non magnétique entre

deux électrodes ferromagnétiques.

© Alexander Smogunov – SPEC (UMR 3680 CNRS/CEA Saclay)

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L’interface carbone-cobalt : un candidat prometteur

pour réaliser une source de courant polarisée en

spinMai 2015

Des physicien·ne·s viennent d’identifi er un nouveau candidat pour la réalisation d’une source de courant polarisé en spin bien plus facile à réaliser et plus robuste que les propositions précédentes : une interface entre du cobalt et du carbone amorphe.

Les dispositifs spintroniques mettent à profi t l’orientation de l’aimant élémentaire, ou spin, que porte chaque électron. Ces dispositifs très compacts et performants fonctionnent actuellement à l’échelle du composant, et ne permettent pas le transfert d’information. Pour cela, il faudrait disposer de sources de courant polarisées en spin, c’est-à-dire produisant des électrons dont les aimants pointent tous dans la même direction. De nombreuses possibilités ont été explorées ces 25 dernières années. Elles impliquent des demi-métaux, des semi-conducteurs magnétiques dilués, des systèmes à fi ltrage de symétrie électronique et, plus récemment, des interfaces entre un métal ferromagnétique et des molécules organiques. Alors que toutes ces solutions sont relativement complexes à mettre en œuvre et fragiles pour certaines, des physiciens de l’Institut de physique chimie des matériaux de Strasbourg - IPCMS (CNRS/Univ. Strasbourg) en collaboration avec des chercheurs de l’Institut de science des

matériaux de Mulhouse (IS2M), et soutenus par l’institut Carnot MICA, viennent d’identifi er un nouveau candidat bien plus facile à réaliser et plus robuste : l’interface entre du cobalt et des atomes de carbone. Ces travaux, publiés dans la revue Carbon, ont été auparavant protégés par un brevet.

Pour réaliser cette expérience, les chercheurs ont tout d’abord déposé une vingtaine de couches atomiques de cobalt sur un cristal de cuivre. Ils ont ensuite évaporé des atomes de carbone pour former des couches de carbone amorphe épaisses de 0,8, 2 et 6 monocouches atomiques. Ils ont alors soumis l’interface entre le carbone et le cobalt à un rayonnement X et mesuré les propriétés des électrons arrachés de la surface par cette lumière. Dans une première série d’expériences, menées au synchrotron Soleil, lorsque l’énergie du rayonnement incident permet de sonder les électrons participants à la conduction électrique dans le cobalt, les chercheurs ont observé une émission électronique qui est polarisée en spin à près de 100%. Des expériences similaires, mais cette fois-ci menées à l’échelle du laboratoire avec des rayons X moins intenses, à Mulhouse, ont alors montré que ces électrons proviennent soit de liaisons entre un atome de carbone isolé et le cobalt, soit de liaisons entre deux atomes de carbone et un atome de cobalt. La comparaison avec les résultats que les chercheurs avaient obtenus précédemment avec des molécules de phtalocyanine semble indiquer que la liaison importante, qui est présente avec ces molécules et avec le carbone amorphe, est la liaison entre deux atomes de carbone et le cobalt. Le cobalt, qui est magnétique, peut alors stabiliser le magnétisme de cette liaison entre atomes de carbone.

Highly spin-polarized carbon-based spinterfaces, F. Djeghloul1, G. Garreau2, M. Gruber1,3, L. Joly1, S. Boukari1, J. Arabski1, H. Bulou1, F. Scheurer1, A. Hallal1, F. Bertran4, P. Le Fèvre4, A. Taleb-Ibrahimi4, W. Wulfhekel3, E. Beaurepaire1, S. Hajjar-Garreau2, P. Wetzel2, M. Bowen1 et W. Weber1, Carbon 87, 269 (2015)


Brevet d’Invention FR 2012/1253564 & PCT/EP2013/057804 & WO

2013156441 A1 - Spin-polarised current source

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Martin Bowen, chargé de recherche CNRS - [email protected]

Contact chercheur

1 Institut de physique et de chimie des materiaux de strasbourg (IPCMS)2 Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M)3 Physikalisches Institut, Karlsruhe Institute of Technology, Germany4 Synchrotron SOLEIL


L’adsorption de carbone amorphe sur Co engendrerait une forte asymétrie de spin du

courant électrique qui traverse cette interface.

© M. Bowen / IPCMS

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Mesurer le bruit de spin d’impuretés magnétiquesSeptembre 2015

Des physiciens ont pour la première fois mesuré le bruit de spin d’un ensemble d’un million d’atomes de manganèse situés dans un puits quantique semi-conducteur.

En mesurant les fl uctuations spontanées de spin, la spectroscopie de bruit de spin donne accès à des informations précieuses sur le magnétisme nucléaire et les interactions hyperfi nes. Cette technique, qui ne perturbe pas le système étudié, est en outre adaptée à l’étude des petits systèmes pour lesquels les fl uctuations relatives sont importantes. Cette technique avait été jusqu’à présent appliquée à des systèmes pour lesquels les degrés de liberté de spin mesurés étaient directement couplés au rayonnement lumineux utilisé pour la mesure : des atomes en vapeur ou les électrons et trous d’hétérostructures semi-conductrices. Pour la première fois, des physiciens de l’Institut Néel* (CNRS) à Grenoble et du Laboratoire Charles Coulomb - L2C (CNRS/Univ. Montpellier) viennent de détecter le spectre de bruit pour un degré de liberté de spin qui n’est pas couplé directement à la lumière de détection : le spin d’une impureté magnétique dans un solide restait à démontrer. Dans ce travail, publié dans le revue Nature Communications, les chercheurs démontrent la détection de fl uctuations de spin de quelques millions d’atomes de manganèse dans un semi-conducteur.

Pour cette expérience, les chercheurs ont réalisé un puits quantique épais de 14 nanomètres et constitué de tellure de cadmium dans lequel un millième des atomes de cadmium sont remplacé par des atomes de manganèse. Les spins électroniques de ces atomes de manganèses interagissent avec celui des excitons du puits quantique et leur transmettent leurs fl uctuations. Celles-ci peuvent alors être détectées en mesurant leur effet sur la polarisation d’un faisceau laser sonde. Un traitement numérique du signal mesuré permet alors de révéler le spectre de ces fl uctuations entre 5 mégahertz et 1 gigahertz. Les chercheurs ont ainsi mesuré l’effet d’un champ magnétique de faible intensité et l’effet du couplage hyperfi n entre le spin des électrons et le spin du noyau de manganèse. Ces spectres sont néanmoins très sensibles à l’environnement cristallin et ils révèlent l’existence de déformations de celui-ci dont l’origine reste à élucider. Ce travail ouvre des perspectives pour la détection optique du spectre de résonance d’un petit nombre de spins, ainsi que pour la caractérisation des déformations locales dans les nanostructures de semi-conducteurs.

*Équipe mixte CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes «Nanophysique et semiconducteurs»

Atomic-like spin noise in solid-state demonstrated with manganese in cadmium

telluride, S. Cronenberger1, D. Scalbert1, D. Ferrand2, H. Boukari2 et J. Cibert2 Nature

Communications (2015)

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Denis Scalbert, directeur de recherche CNRS

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1 Laboratoire Charles Coulomb (L2C)

2 Institut Néel

Informations complémentairesSpectres de bruit de spin du manganèse mesurés dans un puits quantique CdMnTe épitaxié sur substrat CdTe.a) Représentation en niveaux de couleur des spectres de bruit calculés en fonction du champ transverse appliqué. b) Spectres expérimentaux. c) Comparaison théorie-expérience à 5 mT (courbe expérimentale en noir, théorique en rouge). Le seul paramètre ajustable est l’élargissement des transitions (15 MHz à mi-hauteur).

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Des propriétés optiques non-linéaires géantes

grâce aux excitons d’une monocouche de séléniure

de tungstèneJuillet 2015

Le phénomène de doublage de fréquence est 1000 fois plus intense aux transitions excitoniques dans une monocouche de WSe

2.

Les matériaux constitués d’une monocouche atomique présentent des propriétés physiques uniques dues à leur caractère bidimensionnel. Les monocouches de dichalcogénures de métaux de transition sont des semi-conducteurs, associant, soufre, sélénium ou tellure à des métaux tels que le molybdène ou le tungstène, présentent notamment une très forte interaction avec la lumière à cause de la présence d’excitons fortement liés. Deux de ces composés, WSe

2 et MoS

2 ont d’excellentes qualités optiques : une simple

monocouche absorbe ainsi près de 10% de la lumière visible, ce qui en fait de bons candidats pour des applications en optoélectronique. C’est dans ce contexte que des chercheurs Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets - LPCNO (CNRS-INSA-UPS Toulouse) ont mis en évidence l’exaltation du phénomène de doublage de fréquence optique dans une monocouche de séléniure de tungstène WSe

2 lorsque l’excitation laser est accordée avec les

résonances excitoniques. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Les monocouches de dichalcogenure de métaux de transition se distinguent du graphène par leur absence de symétrie d’inversion du réseau cristallin. Pour cette raison, ces matériaux présentent une non-linéarité optique du second ordre susceptible de produire du doublage de fréquence en permettant que l’absorption simultanée de deux photons soit suivie de la rémission d’un seul photon dont l’énergie est la somme des énergies des deux photons absorbés. En outre, dans ces matériaux l’absorption d’énergie lumineuse se traduit par la création d’excitons, des paires électron-trou fortement liées. En focalisant un laser dont la fréquence est la moitié de celles des transitions excitoniques sur une monocouche de WSe

2 ils ont mesuré un signal doublé en fréquence

1000 fois plus intense que lorsque que le laser excite l’échantillon à une fréquence quelconque, montrant ainsi pour la première fois expérimentalement le lien entre le doublage de fréquence et les transitions excitoniques dans les monocouches de dichalcogénures de métaux de transition. Les chercheurs ont ainsi pu mesuré et calculé une énergie de liaison géante de 0.6 eV dans WSe

2.

Ces expériences ont également permis de mettre en évidence des propriétés inédites liées à la polarisation de vallée des excitons dans ces matériaux.

Giant Enhancement of the Optical Second-Harmonic Emission of WSe2 Monolayers

by Laser Excitation at Exciton Resonances, G. Wang, X. Marie, I. Gerber, T. Amand,

D. Lagarde, L. Bouet, M. Vidal, A. Balocchi et B. Urbaszek, Physical Review Letters

(2015)

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Bernhard Urbaszek, directeur de recherche CNRS

Xavier Marie, professeur à l’INSA Toulouse

Contact chercheur

Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO)

Informations complémentairesLes propriétés optiques des monocouches dichalcogénures de métaux de transition sont

dominées par des excitons (paires électron-trou) fortement liés. La cellule conventionnelle

du WSe2 montre l’absence de centre d’inversion dans le cristal. Cette caractéristique est à

l’origine du phénomène de doublage de fréquence.

© LPCNO 2015

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Quand les défauts piègent les ondes de densité

électronique d’un cuprateJuin 2015

Des physiciens viennent de montrer que dans un matériau supraconducteur « haute température » les défauts pourraient favoriser l’apparition de modulations de densité électronique avant l’apparition de la supraconductivité. Ces modulations seraient ainsi révélatrices d’un ordre de charge de nature intrinsèquement fl uctuante au-dessus de la température de transition supraconductrice.

Dès que la température dépasse quelques degrés au-dessus du zéro absolu, les matériaux supraconducteurs classiques perdent leur capacité à conduire le courant électrique sans aucune résistance. Ce n’est pas le cas des supraconducteurs « haute température », tels les cuprates, qui conservent cette propriété jusqu’à des températures critiques supérieures à la centaine de Kelvin. Un nombre croissant de physiciens s’accorde à penser que cette propriété est liée à l’existence d’un ordre électronique, mais l’incertitude demeure sur la nature de cet ordre et sur ses relations avec la supraconductivité. Un ordre fl uctuant et à courte portée pourrait être favorable à la supraconductivité, tandis qu’un ordre statique à longue portée est le plus souvent considéré comme néfaste. Mais il n’est pas non plus exclu qu’ordre électronique et supraconductivité aient une origine commune sans que le premier soit à l’origine du second. Des physiciens du Laboratoire national des champs magnétiques intenses - LNCMI (CNRS) viennent d’étudier la nature de l’ordre électronique dans l’état normal de cuprates, juste au-dessus de

la température critique. Ils ont observé une modulation spatiale de la densité de charge qui est statique et qui explique nombre d’anomalies électroniques répertoriées depuis vingt-cinq ans dans ces cuprates. Ils ont en outre montré que le caractère statique de cette modulation pourrait provenir de la présence de désordre, dû à quelques lacunes d’oxygène, qui aurait fi gé un ordre encore fl uctuant. Ainsi, alors qu’une grande partie de la communauté scientifi que avait déjà entériné l’idée d’un ordre de charge statique se formant avant la supraconductivité, il pourrait ne s’agir en fait que des prémices d’un ordre qui, en l’absence de désordre, ne deviendrait statique qu’à plus basse température. Ce travail est publié dans la revue Nature Communications.

Pour ce travail, les chercheurs ont étudié des monocristaux d’YBa2Cu

3O

y dans

lesquels le désordre est particulièrement faible. Leur température critique, de l’ordre de 60 K, correspond à une concentration sub-optimale en porteurs de charge. Les échantillons ont été enrichis en isotope-17 de l’oxygène afi n d’en mesurer les spectres de résonance magnétique nucléaire en fonction de la température. L’enregistrement de toutes les transitions (centrales et satellites) a permis de séparer les différentes contributions à l’élargissement de raie et ainsi d’en extraire la partie produite par les modulations statiques de la densité de charge, qui était restée cachée depuis plus de 25 ans. L’étude séparée des deux sites d’oxygène inéquivalents dans les plans CuO

2 a également permis de

mettre en évidence une anisotropie planaire de la modulation de charge qui est assez forte pour être défi nie comme une forme d’ordre électronique nématique. Les spectres RMN ne mettent pas en évidence de champ magnétique statique interne à l’échantillon (avec une limite supérieure de 4 Gauss), ce qui suggère que l’ordre de « boucles de courants » pourrait lui aussi être fl uctuant.

Incipient charge order observed by NMR in the normal state of YBa2Cu

3O

y,

T. Wu1, H. Mayaffre1, S. Krämer1, M. Horvatic1, C. Berthier1, W.N. Hardy2,3, R. Liang2,3, D.A. Bonn2,3 et M.-H. Julien1, Nature Communications (2015)

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Marc-Henri Julien, directeur de recherche CNRS

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1 Laboratoire national des champs magnétiques intenses (LNCMI)2 Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver3 Canadian Institute for Advanced Research, Toronto


Dans une expérience de RMN, des ondes radiofréquence absorbées par les noyaux,

permettent de mesurer les champs magnétiques et les gradients de champs

électriques locaux. Ici, par RMN de 17O et 63Cu, les chercheurs ont séparé et analysé

ces deux types d’informations dans un monocristal supraconducteur d’YBa2Cu

3O

y, ce

qui leur a permis de montrer que les variations spatiales de la densité de charge étaient

statiques et piégées par les défauts. Les résultats ressemblent à l’ordre embryonnaire

observé au-dessus de la transition d’onde de densité de charge dans des métaux

comme NbSe2.

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Comment éviter la rouille du phosphore noir ?Août 2015

Des physicien·ne·s viennent de montrer que l’oxydation rapide des fi nes lamelles de phosphore noir est due à l’action conjuguée de la vapeur d’eau présente dans l’air et de la lumière. En stoppant ce mécanisme de dégradation ils ont pour la première fois étudié en détail des couches ultrafi nes de ce matériau.

Depuis peu, on sait réaliser des monocouches de phosphore noir. Ce matériau présente de remarquables propriétés optiques et électroniques tout comme ses cousins bidimensionnels que sont le graphène, le nitrure de bore hexagonal ou les dichalcogénures de matériaux de transition. Il est notamment remarquable par son caractère semiconducteur à gap direct et accordable, associé à de fortes mobilités des porteurs de charge. Les études fondamentales ainsi que le développement d’applications liées au phosphore noir sont cependant ardus, car il s’oxyde très rapidement sous atmosphère ambiante ce qui dégrade irrémédiablement sa structure. En couplant des analyses de spectroscopie de perte d’énergie d’électrons en microscopie électronique en transmission et des mesures Raman in situ, des physiciens de l’Université de Montréal au Canada et du Laboratoire d’étude des microstructures - LEM (CNRS/Onera) ont mis à jour le mécanisme particulier de dégradation dans les couches très minces de phosphore noir. Ces résultats leur ont permis de mettre en place des procédés adaptés pour l’obtention d’échantillons intègres de phosphore noir exfoliés très minces et d’observer pour la première fois la structure du phosphore noir exfolié jusqu’à la monocouche par microscopie électronique de haute résolution. Ce travail est publié dans la revue Nature Materials.

Le phosphore noir possède une structure lamellaire, stable comparativement aux autres composés du phosphore, comme le phosphore blanc utilisé dans les bombes incendiaires, ou le phosphore rouge dans les allumettes. Il présente toutefois la propriété de s’oxyder rapidement. En étudiant la vitesse de ce processus sous des conditions expérimentales contrôlées, les

chercheurs ont mis en évidence que ce phénomène de « rouille » apparaît seulement lorsque le matériau est au contact simultané de la lumière visible et de l’eau, comme la vapeur d’eau contenue dans l’air. Il correspond à un phénomène de photo-oxydation. Les chercheurs ont également observé que la réactivité du phosphore noir était fortement dépendante de l’épaisseur totale de l’échantillon. La raison à cela : l’énergie de bande interdite, qui varie considérablement avec le nombre de couches, s’est révélée être un paramètre clef dans le mécanisme de photo-oxydation. Pour un échantillon composé de 1-2 couches, le gap électronique se situe dans le visible si bien que l’oxydation intervient en quelques minutes. Au contraire pour des échantillons constitués de 100 couches, caractérisés par un gap dans le moyen infrarouge, les premiers signes d’oxydation apparaissent seulement après plusieurs heures ou plusieurs jours. Cette bonne compréhension du mécanisme de dégradation a permis pour la première fois d’observer la structure du phosphore noir exfolié jusqu’à la monocouche par microscopie électronique de haute résolution ainsi que des signatures de confi nement quantique dans les spectres Raman pour des systèmes composés de 1 à 5 couches de phosphore noir. Grâce à ce travail, il est maintenant possible d’étudier les propriétés uniques de ce nouveau matériau bidimensionnel.

Photooxidation and quantum confi nement effects in exfoliated black phosphorus,

A. Favron1, E. Gaufrès2, F. Fossard3, A.-L. Phaneuf-L’Heureux4, N. Y-W. Tang2, P. L.

Lévesque2, A. Loiseau3, R. Leonelli1, S. Francoeur4 et R. Martel2, Nature Materials

(2015)

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Annick Loiseau, directrice de recherche ONERA, LEM, CNRS-ONERA

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1 Regroupement Québécois sur les Matériaux de Pointe (RQMP) et Département de physique, Université de Montréal2 RQMP et Département de chimie, Université de Montréal3 Laboratoire d’Étude des Microstructures (LEM)4 RQMP et Département de génie physique, Polytechnique Montréal


Illustration du phénomène de photo-oxydation avec en fond une image de TEM haute

résolution de feuillets de phosphore noir vus en section.

Crédits : E. Gaufrès/LEM

Séquence de dégradation de feuillets de phosphore noir observé en TEM. L’image de gauche

montre l’état initial de deux zones d’épaisseurs différentes (noir : zone épaisse ; gris : zone

fi ne). L’image de droite montre l’état des zones après une exposition de 20 secondes à l’air.

La zone mince a été totalement grignotée.

Crédits : F. Fossard/LEM

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Quand l’observation donne chair aux vortex

JosephsonMars 2015

Des physicien·ne·s viennent pour la première fois d’observer des vortex Josephson, une entité considérée pendant cinquante ans uniquement comme un artifi ce théorique. Ces résultats permettent d’interpréter les oscillations du courant dans les jonctions Josephson lorsque l’on augmente le champ magnétique.Un courant supraconducteur peut traverser un petit espace qui sépare deux matériaux supraconducteurs, c’est l’effet Josephson. Ce courant a comme propriété de dépendre de manière périodique du champ magnétique auquel est soumis le circuit supraconducteur. Cet effet est souvent interprété comme résultant de la présence simultanée en divers endroits de la jonction de courants microscopiques allant dans un sens ou dans l’autre et produisant des interférences. À cette interprétation est associée l’image physique de tourbillons de courant, les « vortex Josephson » pénétrant au cœur de la jonction lors des variations de champ magnétique. Alors que ces tourbillons n’étaient considérés jusqu’à présent que comme artifi ce utile pour les calculs, des physiciens d’une équipe commune à l’Institut des nanosciences de Paris - INSP (CNRS/UPMC) et au Laboratoire de physique et d’étude des Matériaux - LPEM (CNRS/ESPCI ParisTech/UPMC) viennent de démontrer leur réalité en les observant grâce à un microscope à effet tunnel. Ce travail, mené en collaboration avec des théoriciens de l’Université Autonome de Madrid, de l’Université Fédérale du Ceará et de l’Université d’Anvers, vient d’être publié dans Nature Physics.Pour réaliser ce travail, les physiciens ont tout d’abord élaboré des jonctions Josephson se prêtant à l’observation. Comme les microscopes à effet tunnel accèdent à la surface des échantillons, il a été nécessaire d’utiliser des jonctions fabriquées in situ sous ultravide pour éviter toute contamination à l’air. Les physiciens ont ainsi choisi d’élaborer ces jonctions par une méthode de croissance auto-organisée d’îlots supraconducteurs de plomb déposés sur une surface isolante de silicium. Les îlots de plomb étaient connectés entre eux par une pellicule de plomb d’épaisseur atomique et de structure amorphe, non supraconductrice. La distance entre les supraconducteurs était choisie supérieure à 30 nanomètres afi n de ne pas entraver la pointe du microscope et inférieure à la centaine de nanomètres pour que le couplage Josephson reste mesurable. La largeur des jonctions devait elle aussi atteindre plusieurs centaines de nanomètres pour pouvoir y faire rentrer des vortex Josephson. Grâce au microscope à effet tunnel, les physiciens ont un accès direct à la nature de l’état électronique local, supraconducteur ou normal : lorsque la pointe

se trouve en face d’un métal normal le courant tunnel est proportionnel à la tension appliquée, tandis que lorsqu’il se trouve en face d’un supraconducteur, il faut appliquer une tension minimale pour obtenir un courant, car il faut alors casser les paires de Cooper. En étudiant ces jonctions Josephson à très basse température, les chercheurs ont alors observé au sein des jonctions, un état supraconducteur parsemé d’une deux ou trois petites régions en forme de disque de conducteur dans son état normal. Ces régions, analogues aux cœurs de cyclones sont la signature de la présence de tourbillons de courants : les insaisissables vortex Josephson pris sur le vif. Quand le champ magnétique augmente le nombre de vortex dans les jonctions Josephson augmente et, de manière surprenante, ceux-ci s’assemblent en fi le indienne alors que les vortex dans les supraconducteurs forment des réseaux hexagonaux. Ce phénomène s’explique par un effet de cisaillement de la phase de la fonction d’onde supraconductrice à la périphérie des jonctions Josephson. La découverte de cet effet, qui peut être induit par le passage d’un courant dans les électrodes supraconductrices, sans besoin d’appliquer un quelconque champ magnétique a permis aux chercheurs de proposer un design de dispositif quantique permettant de générer et de manipuler des vortex Josephson par une méthode purement électrique, sans besoin d’un champ magnétique.

Direct observation of Josephson vortex cores, D. Roditchev1,2, C. Brun1, L. Serrier-Garcia1, J. Carlos Cuevas3, V. H. Loiola Bessa4, M. Vlado Milosevic4,5, F. Debontridder1, V. Stolyarov1 et T. Cren1, Nature Physics (2015)

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Tristan Cren, chargé de recherche CNRS

Site web de l’équipe de l’INSP / Site web de l’équipe du LPEM

Contact chercheur

1 Institut des nanosciences de Paris (INSP)

2 Laboratoire de physique et d’étude des Matériaux (LPEM)

3 Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada and Condensed Matter Physics Center (IFIMAC), Universidad Autónoma de Madrid

4 Departamento de Física, Universidade Federal do Ceará, Brésil

5 Departement Fysica, Universiteit Antwerpen, Belgique


a) Zoom sur des jonctions (J2-J3-J4) de la fi gure 1 montrant l’apparition de vortex Josephson en J2 et J3 pour un champ magnétique de 120mT. b) Pour un champ plus élevé (180mT), de nouveaux vortex pénètrent dans les jonctions. c-d) Simulations numériques sans paramètre ajustable qui reproduisent fi dèlement les structures observées à 120mT et 180mT.© Equipe SNEQ, INSP

a) Image de microscopie à effet tunnel montrant des îlots de plomb supraconducteurs (en clair) sur un substrat de silicium. Une monocouche de plomb (en foncé) recouvre le silicium et crée des ponts métalliques entre les îlots. b) Carte des propriétés électroniques locales mesurées par spectroscopie tunnel à 300 mK montrant en bleu foncé les zones supraconductrices et en jaune-rouge les régions non-supraconductrices. Dans la jonction Josephson J1 (encadré), on voit que le métal entre les îlots apparaît en bleu, il a acquis des propriétés supraconductrices par effet de proximité. c) Quand un champ magnétique de 60mT est appliqué la jonction, J1 évolue et une zone rouge apparaît au centre. Il s’agit du cœur d’un vortex Josephson. Pour comparaison on observe des vortex d’Abrikosov ordinaires dans les îlots supraconducteurs (disques clairs).© Equipe SNEQ, INSP

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Refroidir à l’aide d’un fl uide de polaritonsSeptembre 2015

Des physicien·ne·s viennent de montrer qu’il est possible d’utiliser la nature hybride lumière matière des polaritons pour extraire de manière effi cace la chaleur d’une cavité semi-conductrice à l’aide de lumière laser.

Après avoir refroidi des nuages d’atomes à l’aide de faisceaux laser, les physiciens savent maintenant refroidir des solides. Ils extraient l’énergie d’agitation du réseau cristallin en faisant en sorte que les photons laser diffusés par ce dernier repartent avec plus d’énergie que lors de leur arrivée. Un solide transparent d’un volume d’un dixième de millimètre cube a ainsi été refroidi à -163°C. Pour améliorer l’effi cacité de la méthode, une piste proposée par des physiciens de l’Institut Néel, du Laboratoire de physique et modélisation des milieux condensés - LPMMC (CNRS/UJF), du Laboratoire FOTON (CNRS/Univ. Rennes 1/INSA Rennes) et de l’Université de Brême en Allemagne, est d’augmenter le couplage entre la lumière et la matière en utilisant pour le refroidissement des polaritons, particules hybrides entre lumière et matière. Ils ont démontré expérimentalement le procédé avec un microrésonateur optique semi-conducteur. Leurs mesures montrent qu’il est possible d’extraire la chaleur jusqu’à des températures aussi basses que -263°C. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Pour cette expérience, les chercheurs ont réalisé un résonateur optique à base d’alliages de séléniure de zinc, un matériau semi-conducteur. Dans cette cavité, les photons sont fortement couplés aux excitons, des paires électron-trous liées par interaction électrostatique, aux propriétés semblables à celles d’un atome. Les physiciens ont éclairé cette cavité à l’aide du faisceau issu d’un laser saphir-titane doublé à 440nm. Ce choix de fréquence permet d’exciter an sein du continuum d’états polaritoniques des transitions dites anti-Stokes pour lequel l’énergie du photon réémis est supérieure à celle du photon absorbé. À cause des transferts de chaleur entre la zone refroidie et l’ensemble du substrat dans lequel est fabriqué le résonateur, il n’est pas possible de réaliser une diminution de température substantielle. En revanche, un bilan d’énergie permet de déterminer la puissance thermique prélevée par la lumière. Les chercheurs ont ainsi démontré puissance d’extraction nette de chaleur de 80μW/cm3, généré par un volume intracavité de 0.12x18x18 μm3. Bien que cette puissance frigo soit modeste, elle valide la faisabilité de cette technique, et toutes les propriétés originales qui en résultent : les chercheurs ont ainsi mesuré une puissance « frigo » même aux plus basses températures.

Exciton-polaritons gas as a nonequilibrium coolant, S. Klembt1, E. Durupt1, S. Datta2, T.

Klein3, A. Baas1, Y. Léger4, C. Kruse3, D. Hommel3, A. Minguzzi2 et M. Richard1, Physical

Review Letters (2015)


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Maxime Richard, chargé de recherche CNRS

Anna Minguzzi, directrice de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Institut Néel2 Laboratoire de Physique et Modélisation des Milieux Condensés (LPMMC)3 University of Bremen4 Laboratoire FOTON


Un gaz de polaritons peut être utilisé comme fl uide de refroidissement pour extraire la chaleur

d’une cavité optique réalisée à l’aide de matériaux semi-conducteurs.

Crédits : Yoan Léger/INSA de Rennes

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Quand le nuage électronique recouvre les vallées

de siliciumFévrier 2015

Des physicien-ne-s viennent de montrer pour la première fois que la surface du nuage électronique à la surface d’un cristal de silicium pouvait être plus lisse que ne l’est la répartition géométrique des atomes de surface.

À l’échelle atomique, même les surfaces les mieux polies ne sont pas planes. Pourtant, l’étude des métaux a montré que des surfaces présentant des hauteurs d’atomes irrégulières apparaissent peu rugueuses si l’on s’intéresse aux irrégularités du nuage associé aux électrons de ces atomes. Ces irrégularités, aussi appelées corrugation électronique, déterminent de nombreuses propriétés physiques de la surface, telles que l’adhésion ou l’interaction avec le rayonnement. Des physiciens de l’Institut des sciences moléculaires d’Orsay - ISMO (CNRS/Univ. Paris-Sud) et du département de chimie de l’université de Jackson State viennent, pour la première fois, de montrer qu’un semi-conducteur peut également avoir une corrugation électronique plus faible que la rugosité associée à la position des atomes (anti-corrugation). Les propriétés électroniques de la surface sont, dans ce cas, un mélange entre les propriétés de volume et de surface. Les chercheurs ont confi rmé et interprété ces résultats grâce à une analyse théorique reposant sur l’utilisation de la théorie de la fonctionnelle de la densité. Ce travail est publié dans la revue Journal of Physics : Condensed Matter.

Les physiciens ont mesuré pour ce travail la corrugation électronique de la surface (100) d’un cristal de silicium à l’aide d’un microscope à effet tunnel. Une étape préliminaire indispensable leur a tout d’abord permis de s’assurer que leurs mesures étaient indépendantes de la pointe de microscope utilisée et que cette pointe ne déformait pas la surface du silicium. Ils ont ensuite effectué leurs mesures à une température de 9 kelvins, ce qui assure que les atomes de silicium restent bien fi xes et ne vibrent pas autour de leur position moyenne. Dans cette confi guration, les atomes de surface se regroupent deux à deux pour former des rangées de dimères de silicium, séparées par des sillons plus profonds, composés d’une seule rangée d’atomes située deux couches atomiques en dessous des dimères. En changeant la tension électrique entre la pointe du microscope et la surface, les physiciens ont mesuré la structure du nuage électronique correspondant à divers états énergétiques des électrons. Ils ont alors observé que pour deux fenêtres très fi nes de tension, le nuage électronique s’étend au-dessus des vallées pour former alors une surface observable quasi plane. Ces résultats ont été confi rmés par des simulations numériques dont l’originalité réside dans l’utilisation de fonctionnelles hybrides. Celles-ci permettent une meilleure précision sur l’estimation de l’énergie des états électroniques non peuplés par des électrons de surface, qui sont justement les états mis à contribution dans leurs observations. Ces résultats ont été corrélés avec des propriétés optiques du semi-conducteur pour lesquelles certaines singularités dans la distribution de la densité d’état du solide sont impliquées.

Atomic scale study of corrugating and anticorrugating states on the bare

Si(100) surface, M. Yengui1, H. P. Pinto2, J. Leszczynski2 et D. Riedel1

Journal of Physics : Condensed Matter (2015)

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Damien Riedel, chargé de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO)

2 Interdisciplinary Center for Nanotoxicity, Department of Chemistry,

Jackson State University


Haut : Distribution partielle tridimensionnelle de la densité de charge calculée sur

le Si(100) pour deux fenêtres d’énergies (0.3-0.9 eV à gauche) et (0.9-0.95 eV à

droite). Centre : topographie STM de la surface du Si(100) au bord d’une marche à

deux tensions de surface différentes (0.6 V et 0.8 V) illustrant l’effet de la densité

d’état corruguée et anticorruguée, respectivement. Bas : coupe 2D dans la distribution

partielle de la densité de charge permettant d’observer l’effet de la densité d’état

anticorrugée (droite).


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Nouveau record : le champ magnétique de 90 teslas le plus long au monde juillet 2015 Le Laboratoire national des champs magnétiques intenses (LNCMI

- CNRS) vient de faire un bond dans la course vers les 100 teslas

avec la réalisation d’un aimant générant un champ magnétique

pulsé de 90.6 teslas. Ce nouvel aimant offre des impulsions très

longue durée, 9,1 millisecondes pour des champs au-delà de

80 teslas, ce qui constitue une nouvelle référence mondiale et

permet d’effectuer des expériences physiques dans des conditions

inégalées. [...]

contact chercheur : William Knafo, [email protected]

Comportement plastique des métaux : le titane et le zirconium sont de faux frères août 2015 Alors que le titane et le zirconium partagent de nombreux points

communs, les chercheurs du CEA, du CNRS et de l’Université

Claude Bernard Lyon 1 ont démontré que la déformation plastique

de ces deux métaux se développe différemment. Il est pourtant

communément admis qu’ils devraient réagir de façon semblable

aux contraintes mécaniques. Mais en couplant l’expérimentation par

microscopie et la modélisation, avec les moyens de calcul de Genci

et de PRACE, les chercheurs ont découvert deux mouvements de

dislocation différents dans ces matériaux. Leur but est désormais

d’étudier différents alliages innovants pour en évaluer les

caractéristiques de façon prédictive. Ces résultats sont publiés dans

la revue mensuelle Nature Materials de Septembre. [...]

contact chercheur : Daniel Caillard, [email protected]

Glissement de dislocations dans du titane pur observé in situ dans un microscope électronique

à transmission à une température de 150K. © Daniel Caillard/CEMES

(à gauche) Aimant permettant de générer les impulsions 90-teslas longue durée. (à droite)

Ensemble cryogénique permettant d’effectuer des expériences à de très basses températures. © William Knafo



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A tomes f ro ids

Illustration : © CNRS Photothèque / Benoît Rajau

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Comment obtenir un gaz quantique à deux

dimensions ?Avril 2015

Grâce à une nouvelle géométrie de piège à atomes, des physicien·e·s ont observé pour la première fois une transition de phase exotique appelée condensation transverse. L’équivalent d’une transition de Bose-Einstein pour une seule des dimensions de l’espace leur a permis d’obtenir un gaz ultra-froid à deux dimensions.

Lorsque l’on refroidit en dessous d’une température critique un gaz dit «bosonique», de l’hélium 4 par exemple, une fraction importante des atomes se regroupe dans l’état fondamental, c’est la condensation de Bose-Einstein. En revanche, lorsque le gaz se trouve dans un espace de dimension un ou deux, l’accumulation des atomes dans un même état n’est prévue qu’à température nulle. Pour en avoir le cœur net, les physiciens cherchent à réaliser expérimentalement ces situations de basse dimensionnalité en confi nant fortement un gaz ultra-froid selon une ou deux directions. Le comportement attendu est alors hybride : une condensation partielle pour les degrés de liberté fortement confi nés qui s’accompagne du comportement de basse dimension pour les degrés laissés plus libres. Ce phénomène n’avait été observé jusqu’à présent que pour un fl uide unidimensionnel, obtenu dans un piège harmonique ayant deux directions fortement confi nantes. Des physiciens du Laboratoire Kastler Brossel - LKB (CNRS/ENS/UPMC/Collège de France) viennent pour le première fois d’observer expérimentalement la condensation partielle pour un fl uide bidimensionnel d’atomes de rubidium 87. Ils ont observé en dessous d’une température critique l’apparition d’une cohérence de phase étendue

dans le plan, signature de la nature bidimensionnelle du gaz et donc d’une condensation partielle dans la dimension confi née. Ce travail publié dans la revue Nature Communications a permis aux chercheurs de mener à bien des travaux sur l’apparition de tourbillons quantiques dans le gaz bidimensionnel qu’ils avaient obtenu.

Pour réaliser ce travail, les physiciens ont dû réaliser un piège à atomes de géométrie nouvelle. Alors qu’un piège harmonique se prête à l’observation de ce phénomène sur un gaz unidimensionnel, ce n’est pas le cas pour un gaz à deux dimensions et il faut pour cela réaliser un piège à fond plat. Les chercheurs ont donc réalisé un piège dipolaire désaccordé vers le bleu, c’est-à-dire pour lequel les atomes sont repoussés des zones fortement illuminées. En imageant un masque sombre, ils ont créé au cœur des faisceaux une zone obscure, sous forme d’un carré plat, d’une vingtaine de micromètres de côté et d’épaisseur submicrométrique. Ils ont alors étudié le comportement de nuages d’atomes de rubidium 87 comportant entre mille et cent mille atomes et d’une température allant de 10 à 250 nanokelvins. Les physiciens ont ensuite réalisé des mesures de temps de vol qui leur ont permis de mesurer la distribution de vitesse de ces atomes dans le plan du piège et ont observé les interférences produites lors de recouvrement de deux nuages indépendants obtenus en séparant le piège en deux. Avec ces deux types de mesure, les chercheurs ont ainsi observé l’apparition d’une cohérence de phase dans le plan en dessous d’une température critique dépendant de la densité atomique. Cette cohérence de phase étendue, typique du comportement d’un gaz bidimensionnel, est la signature du gel du degré de liberté perpendiculaire au plan qui est fortement confi né, autrement dit d’une condensation transverse. L’évolution du seuil d’apparition de la cohérence avec les propriétés du nuage est en très bon accord avec les prédictions théoriques pour le phénomène de condensation transverse.

Emergence of coherence via transverse condensation in a uniform quasi-two-dimensional Bose gas, L. Chomaz1, L. Corman1, T. Bienaimé1, R. Desbuquois2, C. Weitenberg3, S. Nascimbène1, J. Beugnon1 et J. Dalibard1, Nature Communications (2015)


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Lauriane Chomaz

Contact chercheur

1 Laboratoire Kastler Brossel (LKB)2 Institut für Quantenelektronics, ETH Zurich3 Institut für Laserphysik, Universität Hamburg

Informations complémentaires(a) image de la distribution des atomes dans un piège à fond plat de forme carrée de

30 μm de côté. (b) image de la distribution des atomes, initialement piégés comme

dans la fi gure a, après une trempe en température puis un court vol libre de 4.5 ms.

On distingue 3 trous dans la distribution de densité qui correspondent à des cœurs de

tourbillons quantiques en expansion.

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Caractériser le rayonnement d’un trou noir

acoustique dans un condensat de Bose EinsteinNovembre 2015

Des physiciens viennent de montrer que les techniques expérimentales actuelles devraient permettre de détecter et de caractériser la signature quantique du rayonnement émis par l’horizon d’un trou noir acoustique réalisé dans l’écoulement unidimensionnel d’un condensat de Bose Einstein.

L’une des prédictions les plus marquantes du physicien théoricien Stephen Hawking est que les trous noirs gravitationnels émettent un faible rayonnement d’origine quantique. Face aux diffi cultés théoriques et pratiques posées par l’expérimentation sur un tel objet, les physiciens se sont tournés vers l’étude des systèmes analogues et notamment dans le domaine hydrodynamique. La zone de transition entre une région subsonique et une région supersonique d’un écoulement constitue pour les ondes acoustiques l’analogue de l’horizon d’un trou noir car les ondes acoustiques ne peuvent pas remonter l’écoulement supersonique. Des physiciens du Laboratoire Charles Fabry - LCF (CNRS/IOGS/Univ. Paris-Sud), du Laboratoire de physique théorique d’Orsay - LPT (CNRS/Univ. Paris-Sud), du Laboratoire de physique théorique et de modèles statistiques - LPTMS (CNRS/Univ. Paris-Sud) et du centro Fermi, viennent de montrer dans une étude théorique qu’en choisissant comme fl uide un condensat de Bose Einstein il devrait être possible de mettre en évidence un rayonnement sonique émis par l’horizon acoustique qui est l’analogue du rayonnement de Hawking émis par l’horizon d’un trou noir gravitationnel. La méthode proposée, qui consiste à mesurer les corrélations entre les vitesses des particules émises de part et d’autre de l’horizon sonique devrait permettre d’en caractériser les propriétés quantiques en s’affranchissant du bruit thermique. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Pour ce travail, les physiciens ont analysé théoriquement l’écoulement d’un condensat de Bose-Einstein piégé dans une confi guration assurant un écoulement unidimensionnel. Un potentiel extérieur jouant un rôle d’obstacle produit dans le condensat un écoulement subsonique en amont de l’obstacle et supersonique en aval. Les chercheurs ont modélisé l’onde de matière que forme le condensat de Bose-Einstein par un champ quantique dont la dynamique est gouvernée par une équation permettant d’analyser les fl uctuations quantiques au voisinage de la solution classique qui décrit l’écoulement du condensat. Dans ce cadre ils ont déterminé la matrice de diffusion permettant de relier les fl uctuations repartant du système étudié aux fl uctuations qui y parviennent. Ceci leur a permis de montrer que la formation d’un horizon sonique se traduit par l’apparition de deux pics distincts dans la distribution des vitesses des particules. Les physiciens ont également analysé les corrélations entre les vitesses des particules émises de part et d’autre de l’horizon, et ont identifi é des signaux de corrélation spécifi ques, qui n’apparaissent que lorsqu’un horizon sonique est présent. Certains de ces signaux correspondent alors aux corrélations entre les canaux d’émission des paires issues des fl uctuations du vide. Ces corrélations entre les vitesses des particules émises de part et d’autre de l’horizon permettent de remonter à l’origine quantique du phénomène et de prouver que les paires émises sont intriquées. Cette intrication est démontrée en comparant l’intensité des corrélations croisées (sur les canaux d’émission “Hawking” et “partenaire” - voir fi gure) au simple produit des corrélations intra-canal. Ce critère s’avère particulièrement robuste vis à vis des fl uctuations thermiques, et devrait pouvoir être accessible expérimentalement avec des condensats dont les caractéristiques sont semblables à ce qui est usuellement réalisé dans les laboratoires..

Quantum signature of analog Hawking radiation in momentum space, D. Boiron1, A. Fabbri2, P.-E. Larré3, N. Pavloff4, C. I. Westbrook1, et P. Zin5, Physical Review Letters 115, 025301 (2015)


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Nicolas Pavloff, professeur de l’Université Paris-Sud

Contact chercheur

1 Laboratoire Charles Fabry (LCF)

2 Centro Studi e Ricerche E. Fermi, Dipartimento di Fisica dell’Universita di Bologna, Italy, Departamento de Fisica Teorica and IFIC, Universidad de Valencia-

CSIC, Spain, Laboratoire de Physique Theorique (LPT CNRS)

3 INO-CNR BEC Center and Dipartimento di Fisica, Universita di Trento, Italy

4 Laboratoire de Physique Theorique et Modeles Statistiques (LPTMS)

5 National Centre for Nuclear Research, Warsaw, Poland

Informations complémentairesA gauche : schéma d’un écoulement comprenant une région supersonique. Une onde

sonore émise dans la région subsonique (en blanc sur la fi gure) se propage dans toutes

les directions (fronts d’onde rouges). La même onde émise dans la région supersonique

(grisée sur la fi gure) est entrainée par l’écoulement et ne peut pas sortir de la région

grisée qui se comporte donc comme l’intérieur d’un trou noir. A droite : même

confi guration, mais ici en l’absence d’émetteur sonore. Les fl uctuations quantiques au

voisinage de la frontière entre les régions sub- et super-soniques (l’horizon sonique)

pilotent l’émission de paires de particules corrélées, des “quanta de son” dénotés

“Hawking” et “partenaire” sur la fi gure.

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Effets borroméens à trois corps dans un gaz de

Rydberg geléDécembre 2015

Pour la première fois, des physiciens viennent d’observer des transferts d’énergie de Förster faisant intervenir trois atomes dans un gaz froid d’atomes de césium excités.

Dans certaines conditions, un transfert d’énergie entre atomes ou molécules proches l’un de l’autre peut se produire sans émission de photons et en l’absence de collision. Ce processus, appelé résonance de Förster, suscite un intérêt croissant car il intervient dans des processus biologiques comme la photosynthèse. Des physiciens du Laboratoire Aimé Cotton (CNRS/Univ. Paris-Sud/ENS Cachan), de l’Université de Pise et de l’INO-CNR viennent de mettre en évidence des transferts de ce type impliquant simultanément plusieurs atomes. Ils ont notamment étudié un processus à trois atomes, dans lequel la présence du troisième atome rend possible un transfert d’énergie entre les deux autres (confi guration dite borroméenne). Ce travail est publié dans la revue Nature Communications.

Pour ce travail, les chercheurs ont utilisé des atomes de césium refroidis par laser et dans un état fortement excité, aussi nommé état de Rydberg. À l’échelle de temps de l’expérience (de l’ordre de la microseconde), il est possible de considérer les atomes comme immobiles, le gaz devenant structurellement semblable à un solide amorphe. Les très fortes interactions entre atomes permettent des taux de transfert à trois corps qui peuvent atteindre 25 %, comparables à ceux des résonances de Förster à deux atomes et prometteurs pour l’étude des interactions faisant intervenir plusieurs atomes.

Borromean three-body FRET in frozen Rydberg gases, R. Faoro1,2, B. Pelle1, A. Zuliani1, P. Cheinet1, E. Arimondo2,3 et P. Pillet1, Nature Communications (2015)

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Pierre Pillet, directeur de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Laboratoire Aimé Cotton (LAC)

2 Physics Department, Universita di Pisa3 National Institute of Optics (INO-CNR)


Illustration de la résonance de Förster à trois corps, par trois anneaux en topologie de nœud

borroméen, pour laquelle le lien entre chaque paire d’anneaux est réalisé par le troisième.

© Emmanuelle Pelle

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Institut de physiqueActualités scientifiques


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Première réalisation d’une mer de Fermi de chromeAvril 2015

Des physiciens du Laboratoire de Physique des Lasers - LPL (CNRS/Univ. Paris 13) ont pour la première fois obtenu un gaz quantique dégénéré avec l’isotope fermionique du chrome.

Lorsque l’on refroidit un gaz d’atomes piégés, de sorte que la longueur d’onde de Broglie des différents atomes du gaz devient comparable à leur distance, on atteint un régime dans lequel apparaissent des effets quantiques collectifs. Certains types d’atomes, qualifiés de bosons, se regroupent tous dans un même état quantique et forment un condensat, tandis que les autres, qualifiés de fermions, remplissent un par un les états de plus basse énergie pour former un gaz quantique dégénéré. La grande majorité des atomes fermioniques ont entre eux des interactions à très courte portée. Aujourd’hui, parmi les espèces atomiques qu’il est possible de refroidir et piéger, seulement trois offrent la possibilité d’étudier les phénomènes originaux induits par de fortes interactions magnétiques à grande distance (le chrome, le dysprosium et l’erbium) et un seul, le chrome, associe un état fondamental isotrope et un spin électronique élevé. Des physiciens du LPL ont produit pour la première fois un gaz quantique dégénéré d’atomes de l’isotope fermionique 53Cr du chrome. Ce travail est publié dans la revue Physical Review A - Rapid Communications. Les chercheurs espèrent mettre en évidence avec ce gaz quantique de nouvelles phases de type cristal liquide quantique prédites théoriquement et accéder aux simulations quantiques de la dynamique hors équilibre des modèles de spin XYZ.

Refroidir l’isotope fermionique 53Cr du chrome est un challenge expérimental pour plusieurs raisons : la forte interaction magnétique entre ces atomes, la complexité de la structure des niveaux d’énergie de cet atome, et l’inhibition des collisions entre atomes fermioniques polarisés. Pour parvenir à leur fin, les physiciens du LPL ont procédé en plusieurs étapes. Ils ont tout d’abord refroidi par laser un mélange d’atomes froids de chrome 52Cr (isotope bosonique majoritaire) et de 53Cr. Ils ont ensuite transféré dans un piège optique les atomes

qui se trouvaient alors à une température de l’ordre de 100 microkelvins. Ils ont alors poursuivi le refroidissement en provoquant l’évaporation des atomes par l’abaissement progressif de la profondeur du piège. Les propriétés de collision, assez favorables, permettent un refroidissement « sympathique » de l’isotope 53 par l’isotope 52. A la fin de la séquence expérimentale, les chercheurs ont finalement obtenu un gaz dégénéré contenant un millier d’atomes de 53Cr à 200 nanokelvins ce qui correspond à une température égale à 0,6 fois la température de Fermi. Il est ainsi possible de réaliser non seulement une mer de Fermi dipolaire, mais aussi un mélange dégénéré de bosons et de fermions dipolaires. Les chercheurs envisagent maintenant de transférer les atomes dans un réseau optique pour y étudier les propriétés magnétiques et la physique quantique à n-corps de cette mer de Fermi dipolaire selon des procédures qui ont déjà montré leur potentialité avec l’isotope bosonique majoritaire du chrome.

Chromium dipolar Fermi sea, B. Naylor, A. Reigue, E. Maréchal, O. Gorceix,

B. Laburthe-Tolra, et L. Vernac, Physical Review A - Rapid Communications

- 2015


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Olivier Gorceix, professeur de l’Université Paris 13

Contact chercheur

Laboratoire de physique des lasers (LPL)


Photo du montage © CNRS Photothèque / Benoît RAJAU

Évolution au cours de l’évaporation forcée de la température de l’isotope bosonique 52Cr (TB)

et du nombre d’atomes des deux isotopes (NB et NF) dans un piège optique IR croisé. Insert:

image d’absorption in-situ d’une mer de Fermi contenant 1000 atomes de 53Cr à 200 nK.


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Lier le destin de deux atomes par interférence quantique avril 2015 Pour la première fois, des physiciens du CNRS et de l’Université

Paris-Sud au Laboratoire Charles Fabry (CNRS/Institut d’Optique

Graduate School) ont réalisé des interférences entre deux

atomes distincts : envoyés de part et d’autre d’un « miroir semi-

réfléchissant », les deux atomes en ressortent toujours ensemble.

Ce type d’expérience, réalisé avec des photons il y a une trentaine

d’années, était demeuré jusqu’à présent impossible avec de la

matière, du fait de l’extrême difficulté à créer et manipuler des

paires d’atomes indiscernables. Ce travail est publié dans la revue

Nature le 2 avril 2015. [...]

Laboratoire Charles Fabry

contact chercheur : Christoph Westbrook,

[email protected]

Une fibre optique pour stopper la lumière mai 2015 En plongeant une fibre optique dans un nuage d’atomes froids, des

physiciens du laboratoire Kastler Brossel (UPMC/CNRS/ENS/Collège

de France) ont ralenti, arrêté, puis relancé un faisceau lumineux se

propageant au cœur de la fibre. Ce dispositif constitue la première

réalisation fibrée d’une mémoire optique. Ce travail a été publié le 7

mai 2015 dans la revue Physical Review Letters et fait l’objet d’un

« Highlight » par l’éditeur. [...]

Laboratoire Kastler Brossel

contact chercheur : Julien Laurat, [email protected]

Arrêter la lumière dans une fibre optique. Des atomes froids de césium sont piégés au

voisinage d’une fibre optique qui a été étirée dans une région de quelques centimètres. En

arrivant dans cette zone, la lumière guidée est ralentie et l’information qu’elle porte est

transférée aux atomes. Plus tard, à la demande, la lumière est réémise dans la fibre et peut

se propager vers un nouveau nœud du réseau. © Julia Fraud – www.juliafraud.com/Laboratoire Kastler Brossel

Les chercheurs posent avec leur dispositif expérimentalAu premier plan, le tube qui conduit les atomes d’hélium vers la zone où ils sont piégés, pour

former un condensat de Bose Einstein. © Jean-Francois Dars



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E f fe ts co l l ec t i f s - Au to-organ isa t ion

- In te r face b io log ie - P lasmas -

Phys ique macroscop ique -

Théor ie - P ro tons

Illustration : © UNIGE

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De l’adhésion des nageurs actifsMai 2015

Des physicien·ne·s viennent de montrer que des particules colloïdales autopropulsées ont un comportement collectif analogue à des sphères passives adhésives. Cette adhérence effective est d’autant plus forte que leur activité est grande.

En grand nombre, les poissons nagent en banc, les moutons forment des troupeaux et les bactéries s’organisent en structures concentriques. Ces dernières années, des physiciens ont montré que ce type d’auto-organisation n’est pas le propre des êtres vivants, mais que dans des systèmes artifi ciels composés de particules autopropulsées, on observe aussi une tendance à la formation spontanée d’agrégats. Des physiciens de l’institut Lumière-Matière-iLM (CNRS/Univ. Lyon 1), en collaboration avec le Laboratoire Charles Coulomb-L2C (CNRS/Univ. Montpellier 2), viennent de quantifi er cette relation entre activité et tendance à l’agrégation en établissant «l’équation d’état» d’une assemblée de nageurs colloïdaux actifs. L’étude des comportements collectifs présents au sein d’un système expérimental, menée en parallèle avec des simulations numériques leur a permis de montrer qu’activité et effets collectifs se conjuguent pour donner naissance à une adhésion effective qui croît avec l’activité. Ce travail leur a plus largement permis de montrer que les systèmes composés de particules actives se comportent différemment des systèmes à l’équilibre, mais que leur comportement peut être décrit à l’aide d’outils déjà utilisés pour les systèmes à l’équilibre tels que la notion d’équation d’état. Ces résultats sont publiés dans la revue Physical Review X. Ils ouvrent la voie à une quantifi cation des interactions hors équilibre entre particules actives afi n de construire un cadre général hors équilibre pour décrire la matière colloïdale active.

Les physiciens ont étudié un système à deux dimensions constitué d’environ 5000 billes d’or de 2 μm de diamètre dont un hémisphère est recouvert de platine et reposant sur le fond d’un bac d’environ 500 μm de côté. Lorsqu’elles sont plongées dans un bain contenant de l’eau oxygénée, ces particules dismutent ce carburant de manière asymétrique et se propulsent grâce à un mécanisme encore mal compris associant self-electrophorese et self-diffusiophorese. Les chercheurs ont incliné le fond de leur cellule et observé par microscopie optique la sédimentation qui en résulte. À partir d’une seule expérience, et en effectuant des moyennes temporelles et spatiales, les chercheurs ont accès à toute une gamme de densités, mesurées directement, et de pressions, déduites de l’équilibre mécanique du système. Il leur est alors possible de déterminer l’équation d’état du système, semblable à celle qui régit des sphères passives adhésives. C’est une surprise, tout d’abord parce qu’un système loin de l’équilibre n’a pas de raison de suivre une relation simple entre sa densité, sa pression et sa température parce que cette équation est la même que celle d’un système passif. En faisant varier la concentration en eau oxygénée, les chercheurs ont déduit la dépendance de cette équation d’état avec l’activité du système. Les chercheurs retrouvent l’équation d’état classique de disques passifs, mais dès qu’ils introduisent de l’activité (de l’eau oxygénée), la forme de l’équation d’état est profondément modifi ée et les particules actives se comportent très différemment des particules passives. Cependant pour expliquer leur comportement on peut utiliser des outils développés à l’équilibre. Ils ont ainsi montré qu’il est possible de défi nir une adhésion effective pour ces particules actives. Ils ont quantifi é cette adhésion effective en fonction de l’activité du système. Ils ont alors montré comment l’adhésion, liée aux collisions entre particules, augmente avec cette activité. Parallèlement, les chercheurs ont simulé numériquement le système en modélisant les sphères par des disques autopropulsés obtenant ainsi un très bon accord avec les mesures expérimentales.

Nonequilibrium Equation of State in Suspensions of Active Colloids, F. Ginot1, I. Theurkauff1, D. Levis2, C. Ybert1, L. Bocquet1, L. Berthier2, et C. Cottin-Bizonne1, Physical Review X (2015)


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Cécile Cottin-Bizonne, chargée de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Institut Lumière Matière (iLM)2 Laboratoire Charles Coulomb (L2C)


Image instantanée de profi ls de sédimentation sous l’effet de la gravité. En haut :

expériences, particules actives or/platine. En bas : simulations, disques autopropulsés.

L’activité augmente de la gauche vers la droite. Insert : schéma du dispositif

expérimental.

© F. Ginot, D. Levis, L. Berthier, C. Cottin-Bizonne


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Quelles sont les personnalités historiques les plus influentes sur Wikipédia ? mars 2015 Carl Von Linné, Jésus Christ, Aristote, Napoléon, Adolf Hitler, Jules

César, Platon, William Shakespeare et Albert Einstein. Voici l’ordre

d’importance des personnalités historiques donné par l’algorithme

de PageRank appliqué à Wikipédia. C’est ce que viennent de

proposer deux physiciens du Laboratoire de physique théorique

(CNRS/Université de Toulouse III – Paul Sabatier), qui ont adapté des

méthodes d’analyse des réseaux complexes à celui formé par les

hyperliens entre les pages de Wikipédia, et ce, en 24 langues. [...]

Laboratoire de physique théorique

contact chercheur : Clément Sire, [email protected]

Manger sans être mangé : un dilemme chez les moutons résolu grâce au mimétisme octobre 2015 Les comportements d’imitation jouent un rôle clé dans de nombreux

phénomènes collectifs observés chez les animaux. L’analyse des

déplacements collectifs de troupeaux de moutons en pâturage a

révélé que les moutons alternent des phases de dispersion lentes

avec des phases de regroupement très rapides au cours desquelles

ils imitent le comportement de leurs voisins. Menés par des

chercheurs du CNRS, du CEA, des universités d’Aberdeen, de Nice

Sophia Antipolis et de Toulouse III – Paul Sabatier1, ces travaux sont

publiés le 28 septembre 2015 dans la revue PNAS. Ils montrent que

l’intensité avec laquelle les moutons s’imitent joue un rôle primordial

dans la capacité d’un troupeau à maximiser la surface de pâturage

explorée, tout en minimisant le temps nécessaire pour se regrouper

face à un éventuel danger. [...]

Service de Physique de l’État Condensé

contact chercheur : Hugues Chaté, [email protected]

Mieux évaluer le risque épidémique, même avec des données lacunaires novembre 2015 Les simulations numériques de propagation des maladies

infectieuses sont un outil crucial pour évaluer le risque épidémique

et pour ensuite prendre des mesures préventives. La pertinence

des prédictions dépend cependant de la qualité des données

utilisées dans ces modèles. Les réseaux de capteurs sans fil1

ont permis d’importants progrès dans la collecte de données

décrivant les contacts entre individus. Mais ces données sont

souvent incomplètes, ce qui entraîne une sous-estimation du risque

épidémique si elles sont utilisées telles quelles. Une équipe de

physiciens du Centre de physique théorique (CNRS/Aix-Marseille

Université/Université de Toulon) et de la Fondation ISI (Turin, Italie) a

développé un algorithme pour compenser ce biais. Ces chercheurs,

collaborant régulièrement avec des épidémiologistes, ont en effet

montré comment certaines des informations collectées (le nombre

de contacts entre individus, la durée de ces contacts, le nombre

moyen de contacts entre différents sous-groupes) peuvent être

extrapolées à partir d’un échantillon partiel afin d’obtenir une

évaluation correcte du risque épidémique. Ainsi, les estimations

deviennent possibles même lorsqu’une fraction importante (jusqu’à

50 %) des contacts est absente des données. [...]

Centre de physique théorique

contact chercheur : Alain Barrat, [email protected]

Réseau des contacts mesurés dans un lycée. Chaque point représente un individu et un lien

signifie qu’il y a eu contact entre les personnes (proximité entre les badges portés) lors de

la campagne de mesure. Les différentes couleurs correspondent aux différentes classes. © Rossana Mastrandea

Carte de l’influence globale selon l’algorithme PageRank (la couleur du pays est d’autant plus

sombre que son degré d’influence est important).



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Observer en direct la croissance de nanoplaquettes

en milieu liquideMai 2015

Des physicien·ne·s ont observé par microscopie électronique la croissance de nanoplaquettes d’or dans un réacteur chimique.

La taille, la forme, et la structure cristalline des nanoparticules métalliques infl uent directement sur leurs propriétés physiques, telles que leurs propriétés optiques ou la structure de leurs niveaux électroniques. Lors de la croissance de ces particules, ces caractéristiques sont déterminées à la fois par des effets thermodynamiques, qui déterminent les confi gurations atomiques les plus favorables et des effets cinétiques, qui favorisent telle ou telle confi guration en fonction de la vitesse de formation. Les diffi cultés de mesure à l’échelle nanométrique en milieu liquide font qu’aujourd’hui l’optimisation de la fabrication de ces nanoparticules est encore largement empiriques. Des physiciens du laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques - MPQ (CNRS/Univ. Paris Diderot), du laboratoire Interfaces traitement et organisation des systèmes - ITODYS (CNRS/Univ. Paris Diderot), du laboratoire Matière et systèmes complexes - MSC (CNRS/Univ. Paris Diderot) et de l’Institut de physique et de chimie des matériaux de Strasbourg - IPCMS (CNRS/Univ Strasbourg) viennent pour la première fois d’observer en direct la croissance de nanoplaquettes d’or grâce à une technique de microscopie électronique en transmission en phase liquide. Dans ce travail, les chercheurs ont confi né entre deux membranes un fi lm de liquide suffi samment mince pour être transparent aux électrons. Ils ont ainsi élucidé les mécanismes de formation de nanoplaquettes d’or activée par réduction d’acide chloraurique dans l’eau et notamment montré que la croissance de nanoplaquettes nécessite de faibles vitesses de croissance, inférieure à 3 couches atomiques par seconde. Ce travail est publié dans la revue NanoLetters.

Le microréacteur chimique utilisé dans ce travail est une cellule plane dont les deux faces sont deux membranes de nitrure de silicium distantes de 150 nm.

Placée dans un microscope électronique à transmission cette cellule présente une zone observable de 50 μm par 50 μm. En interagissant avec la solution, le faisceau d’électrons utilisé pour observer la croissance de ces particules radiolyse les molécules d’eau pour former des radicaux libres, notamment des électrons hydratés et des radicaux hydrogène qui sont des agents réducteurs conduisant à la neutralisation des ions d’or et à leur dépôt sur les particules. En ajustant l’intensité de ce faisceau d’électrons, les chercheurs ont ainsi modulé la vitesse de croissance des nanomatériaux et analysé l’impact de cette vitesse de croissance sur la forme des particules produites. Ils ont en outre observé qu’une croissance planaire est également conditionnée aux défauts cristallins qui se forment lors des premiers stades de la synthèse. Ces résultats expliquent de manière quantitative la pertinence des stratégies employées en chimie des colloïdes pour fabriquer des nanoplaquettes métalliques. La microscopie électronique en milieu liquide ouvre de multiples perspectives pour mieux comprendre des processus dynamiques aux interfaces entre les liquides et les solides, qui jouent des rôles centraux en sciences des matériaux, de la terre et du vivant.

Unravelling Kinetic and Thermodynamic Effects on the Growth of Gold Nanoplates by Liquid Transmission Electron Microscopy, D. Alloyeau1, W. Dachraoui1, Y. Javed1, H. Belkahla2, G. Wang1, H. Lecoq2, S. Ammar2, O. Ersen4, A. Wisnet5, F. Gazeau3 et C. Ricolleau1, NanoLetters (2015)

En savoir plus

Damien Alloyeau, chargé de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques (MPQ)2 Laboratoire Interfaces traitement et organisation des systèmes (ITODYS)3 Laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC)4 Institut de physique et de chimie des matériaux de Strasbourg (IPCMS)5 Department of Chemistry and CeNS, Ludwig-Maximilians-University, Munich, Germany


Schéma et résultats illustrant la nucléation et la croissance de nanoplaquettes d’or

suivie par microscope électronique en transmission (MET) en milieu liquide.

[copyright : Nanoletters, Alloyeau et al. 2015]

Ces résultats peuvent également être illustrés par une vidéo de la formation des

nanoparticules.

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Des nanotubes autoassemblés qui changent de

diamètre sur commandeAoût 2015

Des chercheurs ont réalisé des nanotubes autoassemblés, dont le diamètre est contrôlé par l’acidité du milieu dans lequel ils sont plongés pour passer de 10 nanomètres à 50 nanomètres ou inversement. Leur secret réside dans la brique de base qui constitue ces nanotubes : la triptoréline, un peptide qui change de forme selon le pH.

Les physiciens savent aujourd’hui concevoir des objets de taille et de formes variées par autoassemblage de molécules. Tout comme les briques de construction Lego™, ces molécules contiennent toute l’information nécessaire à l’établissement de leurs futurs contacts au sein de la structure programmée. Placées en solution, ces molécules s’assemblent d’elle même selon ces règles d’assemblages pour former des structures de grande taille. Ces constructions sont toutefois statiques et il est impossible de changer, voire de contrôler leur morphologie une fois qu’elles sont construites. En utilisant la triptoréline, un peptide composé de 10 acides aminés dont la morphologie change selon l’acidité de la solution dans laquelle elle nage, des physiciens de l’Institut de physique de Rennes - IPR (CNRS/Univ.Rennes 1), du CEA-iBiTec-S et d’Ipsen ont réalisé pour la première fois des nanotubes autoassemblés, qui changent peuvent changer de diamètre alors qu’ils sont déjà constitués. Ces chercheurs ont en outre élucidé le mécanisme atomique conduisant au changement de conformation du peptide et apportent ainsi un éclairage nouveau sur la manière dont certains virus changent de conformation avec selon l’acidité du milieu. Ce travail est publié dans la revue Nature Communications.

Ce travail repose sur le choix par les chercheurs d’une molécule particulière, la triptoréline, un peptide analogue à une hormone naturelle, la gonadoréline. Lorsque la poudre de ce médicament est mise dans l’eau, un gel blanchâtre apparait au bout de quelques heures avec une texture qui dépend de l’acidité du milieu. De plus, si l’on change l’acidité de la solution, la texture de ce gel s’adapte en moins d’une journée à l’acidité du milieu. Il est possible de passer plusieurs fois d’une texture à l’autre. Les chercheurs ont tout d’abord identifi é la présence dans les gels de natures grâce à des mesures de diffraction de rayons X effectuées au synchrotron Soleil. Des mesures par microscopie électronique ont confi rmé l’existence de ces structures et permis de déterminer le diamètre des tubes formés : 10 nanomètres pour un pH acide inférieur à 6,5 et 50 nanomètres pour une solution basique de pH supérieur à 6,5. Les chercheurs ont ensuite déterminé le mécanisme responsable du changement de diamètre en combinant plusieurs techniques expérimentales complémentaires donnant accès à différentes échelles : spectroscopies vibrationnelles, diffusion et diffraction des rayons X sur le synchrotron Soleil. La clef de ce mécanisme est l’un des 10 acides aminés du peptide, l’histidine, qui, selon le pH fi xe, ne fi xe pas un proton, c’est-à-dire un noyau d’hydrogène. En milieu acide, le proton fi xé par l’histidine est à l’origine d’une répulsion électrostatique qui impose alors une conformation très particulière au peptide. Lors de la neutralisation du pH, en perdant cet hydrogène, l’histidine devient neutre, mais ne perd pas son affi nité pour les protons et remplace celui qu’elle avait capturé dans l’eau par un hydrogène appartenant à la fonction alcool d’un autre acide aminé du peptide au travers d’une liaison hydrogène. Cela a pour effet de bouleverser sa conformation. Les caractéristiques géométriques des autoassemblages dépendent bien évidemment de la conformation initiale du peptide qui dans ce cas dépend de l’acidité du milieu. Les nanotubes s’adaptent dynamiquement au changement d’acidité en changeant de diamètre entre 11 et 50 nm.

Atomic view of the Histidine environment stabilizing higher pH conformations of pH-dependent proteins, C. Valéry1,2, S. Deville-Foillard2,3,4, C. Lefebvre5, N. Taberner2, P. Legrand6, F. Meneau6, C. Meriadec5, C. Delvaux3,4, T. Bizien5, E. Kasotakis3,4, C. Lopez-Iglesias7, A. Gall3,4, S. Bressanelli3,4, M.-H. Le Du3,4, M. Paternostre3,4, F. Artzner5, Nature Communications (2015)

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Franck Artzner, directeur de recherche CNRS

Marie-Thérèse Paternostre, directrice de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Biomolecular Interaction Centre, School of Biological Sciences, University of Canterbury Christchurch, Nouvelle-Zélande2 Ipsen3 Institute of Biology and Technologies of Saclay (IBITECS), CEA Saclay4 Institute for Integrative Biology of the Cell (I2BC)5 Institut de Physique de Rennes (IPR)6 Synchrotron SOLEIL7 Cryo-Electron Microscopy Unit, Scientifi c and Tecnological Centers of the University of Barcelona


A : schéma des nanotubes formés par auto-assemblage de la triptoréline à bas (vert) et haut

(bleu) pH / B : photo de microscopie électronique de la coexistence de petits (fl èche verte) et

de gros nanotubes (fl èche bleue) / C : les deux conformations du peptide à bas et haut pH

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Encapsuler des molécules anticancéreuses dans

une nanocapsule autoassemblée à base de

dendrimères amphiphilesJuin 2015

Des chimistes et biologistes ont mis au point un nouveau type de nanocapsules formées de l’auto-assemblage de dendrimères amphiphiles pour la délivrance de principes actifs anticancéreux. Ce mode d’administration du traitement augmente de manière signifi cative l’effi cacité de l’effet anticancéreux en diminuant les effets toxiques et surmontant la résistance aux médicaments.

Deux obstacles majeurs dans la mise au point de thérapies contre le cancer sont la résistance aux médicaments et la toxicité des molécules. De nouveaux espoirs reposent sur l’utilisation de nanomicelles qui encapsulent le principe actif et le transportent jusqu’aux tumeurs. Les nanomicelles les plus communes sont constituées de lipides ou de polymères amphiphiles, toutefois les micelles lipidiques sont peu stables tandis que celles de polymères présentent une très forte dispersion. Des chimistes du Centre interdisciplinaire de nanoscience de Marseille -CINaM (CNRS/AMU), en collaboration avec le Centre de recherche en cancérologie de Marseille -CRCM, le Centre national en nanoscience et technologie de Chine (NCNST) et l’Université de Trieste (Italie) ont réalisé de nouvelles nanomicelles à partir de dendrimères amphiphiles qui combinent la stabilité et la résistance mécanique des polymères dendrimériques et la capacité qu’ont les lipides de former facilement des micelles. L’auto-organisation de ces dendrimères amphiphiles conduit à la formation de micelles d’un diamètre d’une dizaine de nanomètres capables d’encapsuler effi cacement la doxorubicine, un médicament anti-cancer très toxique avec un taux de remplissage supérieur à 40 %. Ces nanomicelles empêchent d’une part la résistance à la doxorubicine et augmentent d’autre part son effi cacité en favorisant son absorption cellulaire. Enfi n, il a été démontré qu’elles augmentent de manière signifi cative l’effi cacité de l’effet anticancéreux en diminuant les effets toxiques. Ce travail est publié dans la revue PNAS.

En utilisant un dendrimère amphiphilique précédemment développé par le CINaM et l’Université de Wuhan pour le transport d’acide nucléique en thérapie génique, des nanomicelles capables d’encapsuler effi cacement la doxorubicine ont été fabriquées par la méthode de dispersion de fi lm. Les taux de remplissage de ces nanomicelles sont extrêmement élevés (supérieurs à 40%), ils ont été validé par mesures de fl uorescence au CINaM et ainsi que par simulation informatique à l’Université de Trieste. Grâce à un mécanisme de macropinocytose permettant de pénétrer rapidement et effi cacement dans les cellules cancéreuses, ces nanomicelles contenant la doxorubicine montrent une effi cacité supérieure à la doxorubcine libre et ceci sur diverses cellules cancéreuses comme les cancers

du foie, du sein, de la prostate et des cervicales. De plus, ce mécanisme de pénétration cellulaire permet à ces nanomicelles de contourner le relargage de médicaments médié par la pompe à effl ux glycoprotéiné, et ainsi surmonter la résistance à la doxorubicine et augmenter son effi cacité. L’étude sur souris montre également un excellent effet anticancéreux associé à une diminution des effets toxiques de la doxorubicine, grâce à l’augmentation de l’effet de rétention et pénétration.

Cette étude montre que l’auto-assemblage de dendrimères amphiphiles constitue une méthode effi cace et de choix dans la conception de nano-vecteurs de médicaments pour le traitement de cancers et ouvre de nouvelles perspectives et opportunités en chimie supramoléculaire pour des applications à visée thérapeutique.

Anticancer drug nanomicelles formed by self-assembling amphiphilic dendrimer to

combat cancer drug resistance, T. Wei1,2,3, C. Chen2,4, J. Liu1,2, C. Liu2,5, P. Posocco6,

X. Liu2,3, Q. Cheng7, S. Huo1, Z. Liang7, M. Fermeglia6, S. Pricl6, X.-J. Liang1, P.

Rocchi3 et L. Peng2, PNAS (2015)

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Ling Peng, directrice de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Key Laboratory for Biological Effects of Nanomaterials and Nanosafety,

National Center for Nanoscience and Technology, Chinese Academy of Sciences

2 Centre interdisciplinaire de nanoscience de Marseille (CINaM)

3 Centre de recherche en cancérologie de Marseille (CRCM)

4 Institut de Chimie Radicalaire (ICR)

5 College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University

6 Molecular Simulation Engineering Laboratory, Department of Engineering and

Architecture, University of Trieste

7 Laboratory of Nucleic Acid Technology, Institute of Molecular Medicine, Peking

University


Nanomicelles formées par l’auto-assemblage de dendrimères amphiphiles comme plate-

forme de délivrance de médicaments

Les nanomicelles formées par l’auto-assemblage de dendrimères amphiphiles pénètrent

dans les cellules par macropinocytose et empêchent la résistance à la doxorubicine en

bloquant les processus d’effl ux.

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Un ressort moléculaire déforme la membrane de

la celluleDécembre 2015

Une collaboration entre des biologistes, des biochimistes et un physicien a permis d’élucider un nouveau mécanisme de déformation des membranes cellulaires.

La membrane d’une cellule se déforme à la demande, notamment lors de la division cellulaire ou lorsqu’un virus tel que le VIH se détache de la cellule. Dans les deux cas, on doit la déformation de la membrane à un ensemble de protéines, appelé complexe ESCRT-III, dont l’assemblage et l’action étaient jusqu’à présent mal compris. Les mécanismes en jeu viennent d’être élucidés par une collaboration entre des biologistes du département de Biochimie de l’Université de Genève et de l’Inserm et un physicien du Laboratoire de physique théorique et modèles statistiques - LPTMS (CNRS/Univ. Paris-Sud). Ils ont montré que ce complexe protéique, qui agit comme un ressort moléculaire, forme de multiples spirales à la surface de la cellule et déforme la membrane en se détendant. Ce travail est publié dans la revue Cell.

L’ensemble de ce travail est rapporté dans une actualité de l’Inserm.

Dans ce travail multidisciplinaire, les méthodes de la physique théorique ont permis de déterminer la dynamique des processus moléculaires à l’œuvre dans l’assemblage des protéines du complexe à partir des mesures obtenues à plus grande échelle par les biologistes. Ces observations concernaient d’une part la dynamique globale de croissance, c’est-à-dire la vitesse à laquelle augmente l’aire occupée par le complexe protéique et, d’autre part, l’état fi nal obtenu à la fi n de la croissance : un assemblage de multiples spirales de tailles variées. Deux processus élémentaires suffi sent pour expliquer ces observations : la croissance individuelle de chacune des spirales et la nucléation d’une nouvelle spirale sur le bord d’une spirale déjà existante. Une analyse théorique et des simulations numériques ont permis de déterminer la vitesse de croissance des spirales ainsi que la probabilité d’apparition d’une nouvelle spirale. Le résultat des simulations est en excellent accord avec les mesures expérimentales, tant pour la dynamique de croissance que pour la distribution de taille des spirales. Une analyse des forces présentes au sein des spirales a ensuite permis de déterminer l’énergie mécanique de compression stockée dans le ressort qu’elles forment et de montrer que cette énergie est suffi sante pour provoquer les déformations de la membrane cellulaire. Sur ces deux points, l’appareillage conceptuel ainsi que la recherche d’unifi cation propre à la physique théorique ont apporté un éclairage précieux aux questions que se posaient les biologistes.

Relaxation of Loaded ESCRT-III Spiral Springs Drives Membrane Deformation, N. Chiaruttini1, L. Redondo-Morata3, A. Colom1,2,3, F. Humbert1, M. Lenz4, S. Scheuring3 et A. Roux1, Cell (2015)

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Martin Lenz, chargé de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Department of Biochemistry, University of Genova

2 Swiss National Centre for Competence in Research Programme Chemical Biology3 Unité Inserm 10064 Laboratoire de physique théorique et modèles stratistiques (LPTMS)


Image de microscopie électronique montrant la structure de plusieurs spirales formées par

les fi laments d’ESCRT-III liées à une membrane imitant celle de la cellule.

© UNIGE


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Souplesse et autoréparation du squelette cellulaire septembre 2015 Des chercheurs du CEA, du CNRS et de l’Université Joseph Fourier à

Grenoble révèlent plusieurs propriétés mécaniques aussi fascinantes

qu’inattendues des microtubules, éléments principaux du squelette

cellulaire, notamment celles de s’adapter aux contraintes et de

s’auto-réparer. Ces découvertes ont pu être réalisées grâce à la

mise au point d’un dispositif microfluidique qui permet d’attacher,

plier et mesurer les déformations des microtubules. Ces derniers

jouent un rôle déterminant dans de nombreux processus comme

la division cellulaire ou l’activité des neurones. Leur dynamique de

réparation pourrait inspirer l’ingénierie des matériaux. Ces résultats

sont publiés sur le site de la revue Nature Materials le 7 septembre

2015. [...]

Laboratoire Interdisciplinaire de Physique

contact chercheuse : Tuline Laeser, [email protected]

Comment patrouillent les cellules dendritiques, sentinelles du système immunitaire décembre 2015 Randonnée, coup de frein, marche rapide vers les lymphocytes

T : ainsi pourrait se résumer la « vie » des cellules dendritiques et

plus précisément la mise en place de l’immunité adaptative. Cette

réaction du système immunitaire spécifiquement dirigée contre un

ennemi apparaît comme l’une des pistes les plus prometteuses pour

éliminer les cellules tumorales. Grâce aux travaux menés à l’Institut

Curie par les équipes de Ana Maria Lennon-Duménil, directrice de

recherche Inserm, et Matthieu Piel, directeur de recherche CNRS, et

publiés dans Nature Cell Biology, les mécanismes de déplacement

des cellules dendritiques sont mieux compris. [...]

Laboratoire de physique théorique de la matière condensé

contact chercheuse : Catherine Goupillon-Senghor,

[email protected]

Marquage des microtubules dans une cellule humaine de rétine en culture. © Manuel Théry, CEA



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Focaliser un faisceau d’électrons relativistes avec

une lentille laser-plasmaJuin 2015

Des physiciens ont pour la première fois réduit la divergence d’un faisceau d’électrons relativistes issu d’un accélérateur laser-plasma grâce à une lentille plasma produite par la même impulsion laser que l’accélérateur. Les performances de cette collimation permettent d’envisager le couplage entre ces nouveaux accélérateurs laser-plasma et les lignes traditionnelles de transport d’électrons.

Le champ électrique créé par le passage d’une impulsion laser ultra-intense est assez fort pour accélérer des électrons à des vitesses relativistes sur une distance de quelques millimètres. L’un des freins au développement de ce nouveau type d’accélérateurs est la divergence du faisceau d’électrons relativistes produits, ce qui rend problématique leur transport jusqu’à leur cible. Des chercheurs du Laboratoire d’optique appliquée - LOA (CNRS/ENSTA-Paristech/École Polytechnique) viennent de démontrer expérimentalement la collimation d’un faisceau d’électrons issu d’un accélérateur laser-plasma à l’aide d’une lentille produite par le même type d’approche. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.

Pour ce travail, les physiciens ont fait interagir une impulsion laser intense dont l’énergie est de l’ordre du joule et d’une trentaine de femtosecondes de durée avec deux jets d’hélium gazeux qu’elle ionise et transforme en plasma. Le plasma formé dans le premier jet constitue l’accélérateur : l’impulsion excite dans son sillage une cavité ionique, dans laquelle des électrons du plasma sont piégés puis accélérés sur une distance de quelques millimètres. À la sortie de cet accélérateur, ces électrons relativistes divergent avec une ouverture

angulaire de quatre milliradians à leur sortie de ce premier plasma. Un millimètre plus loin, ils pénètrent dans le second jet gazeux. L’impulsion laser qui précède ces électrons de quelques dizaines de femtosecondes, a fortement divergé et est de l’ordre de 10 fois moins intense que dans le premier jet, là où elle était focalisée. Comme dans le premier jet, cette impulsion crée aussi un plasma, mais les champs électriques et magnétiques sont bien moins intenses. Ils sont notamment trop faibles pour accélérer à nouveau les électrons. En revanche, les champs transverses sont eux suffi sants pour réduire la divergence du faisceau d’électrons d’un facteur 2,6 sur une distance d’interaction d’un peu moins d’un millimètre. La focale de la lentille peut être modifi ée simplement en changeant la densité du deuxième plasma ou la distance entre les deux. Cette réduction de divergence permet d’augmenter de presque un ordre de grandeur la distance sur laquelle les électrons peuvent se propager en conservant leur qualité. Ce gain devrait être suffi sant pour pouvoir transporter les électrons dans une ligne de transport ordinaire et l’utiliser pour des applications.

Demonstration of relativistic electron beam focusing by a laser-plasma lens, C.

Thaury1, E. Guillaume1, A. Dopp1,2, R. Lehe1, A. Lifschitz1, K. Ta Phuoc1, J. Gautier1,

J.-P. Goddet1, A. Tafzi1, A. Flacco1, F. Tissandier1, S. Sebban1, A. Rousse1, V. Malka1,

Nature Communications (2015)

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Victor Malka, directeur de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Laboratoire d’optique appliquée (LOA)

2 Centro de Laseres Pulsados, Salamanca, Spain


Schéma de principe de la lentille laser-plasma. Une impulsion laser (se déplaçant de la

gauche vers la droite) traverse successivement deux jets de gaz qu’elle transforme en

plasma. Des électrons (en vert) sont accélérés dans le sillage du laser dans le premier

plasma puis ils sont collimatés dans le second plasma, la lentille.

Spectres résolus spatialement avec et sans lentille. La lentille permet de réduire la divergence

par un facteur 2,6. L’échelle de couleur indique le nombre d’électrons par MeV et mrad.


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Pourquoi l’atmosphère du Soleil est beaucoup plus chaude que sa surface juin 2015 Comment la température de l’atmosphère du Soleil peut-elle

atteindre jusqu’à un million de degrés, alors que celle de la surface

de l’étoile est d’environ 6000 °C ? En simulant l’évolution d’une

partie de l’intérieur et de l’extérieur du Soleil, des chercheurs du

Centre de physique théorique (CNRS/École polytechnique) et du

laboratoire Astrophysique, instrumentation-modélisation (CNRS/

CEA/Université Paris Diderot) ont identifié les mécanismes apportant

l’énergie capable de chauffer l’atmosphère solaire. Une couche

située sous la surface du Soleil, qui se comporte comme une

casserole en ébullition, créerait un champ magnétique à petite

échelle comme réserve d’énergie qui, une fois sorti de l’étoile,

chaufferait les couches successives de l’atmosphère solaire

via des réseaux de racines et de branches magnétiques1, telle

une mangrove. Ce chauffage de l’atmosphère, impliqué dans la

création du vent solaire qui remplit l’héliosphère, concernerait de

nombreuses autres étoiles. Ce résultat parait dans la revue Nature

du 11 juin 2015. [...]


contact chercheur : Tahar Amari, [email protected]

La surface solaire et son champ magnétique majoritairement « poivre et sel », en dehors

des régions des grandes taches solaires, à partir des données du satellite SDO de la NASA. © Tahar Amari / Centre de physique théorique et S. Habbal / M. Druckmüller Manuel Théry, CEA



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Goutte ou pont ? Quelle forme prend l’eau dans

des fi bres humides ?Août 2015

Dans un matériau fi breux l’eau se loge de préférence entre deux fi bres voisines, soit sous forme de goutte, soit sous forme d’une longue colonne. Des physicien·ne·s ont déterminé les paramètres qui déterminent cette morphologie : le volume d’eau, l’angle entre les fi bres et leur distance.

La manière selon laquelle l’eau se répartit dans un milieu granulaire ou fi breux infl ue de manière importante de nombreuses propriétés telles que la vitesse de séchage ou la résistance mécanique. Dans un milieu granulaire, tel le sable, l’eau forme entre les grains des ponts capillaires tous semblables les uns aux autres. Ce n’est pas le cas dans les matériaux fi breux : une goutte de liquide déposée entre deux fi bres peut soit garder la forme d’une goutte quasisphérique, soit s’étendre entre les fi bres pour former une longue et mince colonne ou encore adopter une morphologie mixte avec une goutte se prolongeant d’un côté en une colonne. Une collaboration entre des physiciens du laboratoire Surface du Verre et Interfaces — SVI (CNRS/Saint-Gobain), de l’Université Princeton (USA) et de NYU School of Engineering (USA) a mis en évidence que la morphologie adoptée par le liquide est contrôlée par trois paramètres clés : la quantité de liquide sur les fi bres, l’orientation des fi bres et la distance minimale entre elles. Des expériences et une modélisation théorique leur ont permis de déterminer

les régions dans l’espace de ces paramètres correspondant aux trois morphologies. Ces résultats intéressent tout autant la science des matériaux, notamment de construction, que les industries cosmétique et pharmaceutique qui impliquent d’autres matières fi breuses telles que les cheveux. Ces résultats sont publiés dans la revue European Physical Journal E.

Pour ce travail, les chercheurs ont utilisé comme fi bre des fi ls de pêche en nylon de quelques centaines de microns de diamètre. Avec une micropipette, ils ont placé un petit volume d’huile silicone sur les fi bres et ont observé comment celui-ci s’organisait, en faisant varier l’orientation et la distance entre les fi bres. Ils ont ainsi visualisé la morphologie fi nale du liquide afi n de mettre en évidence les différents états. Fort de ces observations, l’infl uence des paramètres a pu être identifi ée et un modèle analytique reposant sur des considérations géométriques et énergétiques a été développé pour expliquer quantitativement ou qualitativement les observations. A petits angles (inférieurs à 8°), le fl uide prend une forme de colonne, une morphologie privilégiée pour une petite quantité de liquide et une petite distance entre fi bres. Pour les grands angles (supérieurs à 35°), seule la forme de goutte est présente tandis que pour les angles intermédiaires, on observe soit la goutte, soit la morphologie mixte. Ainsi, en modifi ant la structure d’un milieu fi breux, par exemple en le cisaillant, ce qui diminue l’angle entre les fi bres, il est possible de contrôler la morphologie adoptée par le fl uide et les propriétés du matériau. Les chercheurs s’attachent maintenant à mettre en évidence l’infl uence des différentes morphologies sur la cohésion du matériau.

Wetting morphologies on randomly oriented fi bers, A. Sauret1, F. Boulogne2, B. Soh2,

E. Dressaire3 et H. A. Stone2, European Physical Journal E (2015)

Retrouvez la publication sur la base d’archives ouvertes HAL

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Alban Sauret, chargé de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Surface du Verre et Interfaces (SVI)

2 Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Princeton University

3 Department of Mechanical and Aerospace Engineering, New York University

Polytechnic School of Engineering


Évolution de la morphologie d’une goutte de liquide déposée sur deux fi bres en contact et

dont l’angle augmente de haut en bas.

Crédits : A. Sauret/SVI


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Pourquoi une bière est-elle plus facile à transporter qu’un café ? férvrier 2015 La présence de mousse à la surface d’un liquide permet d’en

amortir le ballotement, rendant de ce fait une bière plus facile à

transporter qu’un café. Des physiciens du laboratoire « Surface

du verre et interfaces » (CNRS/Saint-Gobain) et des universités

Princeton et NYU aux Etats-Unis viennent de mettre en évidence le

mécanisme responsable de cet amortissement. [...]

Surface du Verre et Interfaces

contact chercheur : Alban Sauret, [email protected]

Une collaboration entre physiciens et géologues débouche sur un nouvel outil pour reconstruire le paléoclimat septembre 2015 Des équipes de recherche de l’Institut lumière matière (Université

Claude Bernard Lyon 1/CNRS) en collaboration avec le Laboratoire

de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Université

Claude Bernard Lyon 1/École Normale Supérieure de Lyon/CNRS)

ont mis en lumière un nouveau procédé qui permet, grâce à

des lasers, de définir les conditions de formation naturelle d’un

échantillon géologique.Cette découverte paraît dans la revue

internationale Scientific Reports datée du 28 août 2015. [...]

Institut Lumière Matière

contact chercheur : Frédéric Caupin, [email protected]

En combien de morceaux un ballon éclate-t-il ? octobre 2015 Gonflez modérément un ballon de baudruche et percez-le avec une

aiguille, vous obtiendrez deux gros fragments. En revanche, gonflez

le jusqu’à ce qu’il éclate spontanément et vous récolterez des

dizaines de lambeaux. Sébastien Moulinet et Mokhtar Adda-Bedia

du Laboratoire de physique statistique (CNRS/UPMC/ENS/Université

Paris Diderot) viennent d’expliquer ce phénomène : lorsqu’une

fissure se propage à la surface d’un ballon, si elle atteint une vitesse

limite, elle se déstabilise et se sépare en deux nouvelles fissures.

C’est par ce mécanisme de multiplication des fractures que le ballon

vole en morceaux. Ces travaux, publiés le 30 octobre 2015 dans

Physical Review Letters, contribuent à une meilleure compréhension

des phénomènes de fragmentation de matériaux soumis à des

impacts ou à des explosions. [...]

Laboratoire de physique statistique

contact chercheur : Sébastien Moulinet,

[email protected]

Pourquoi peut-on soulever une voiture avec deux annuaires ? décembre 2015 Phénomène étonnant, il s’avère quasiment impossible de séparer

deux annuaires dont on a entremêlé les pages une à une, si on les

tire de part et d’autre par leur couverture, et cela peu importe la

force que l’on applique. Il est même possible d’y suspendre une

voiture. [...]

Laboratoire de physique des solides

contact chercheur : Frédéric Restagno, [email protected]

Véhicule soulevé par deux annuaires entremêlés. © France 5/2P2L



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Tomographier le spin du proton grâce aux neutrinosOctobre 2015

Des physiciens viennent de montrer que grâce à l’analyse des collisions entre les neutrinos produits dans les nouveaux faisceaux de neutrinos et des protons, il est possible de déterminer la répartition du spin dans ce dernier.

Les composants des noyaux atomiques, que sont le proton et neutron (appelés génériquement nucléons) sont eux-mêmes des particules composites. Ils sont formés de quarks, des particules de matière, et de gluons, les particules associées à l’interaction forte qui lie les quarks entre eux. Pour déterminer expérimentalement la répartition des quarks et des gluons à l’intérieur des nucléons, les physiciens sondent ces derniers à l’aide de faisceaux d’électrons de grande énergie et analysent la nature et la répartition angulaire des particules produites par les collisions électron nucléons. Des physiciens théoriciens du Centre de physique théorique - CPhT (CNRS/École polytechnique) et du Centre national de recherches nucléaires de Pologne viennent de montrer qu’en sondant les nucléons non plus avec des électrons, mais avec les faisceaux de neutrinos nouvellement développés, il devrait être possible d’obtenir des informations complémentaires, et notamment la répartition du spin entre les différents constituants. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Dans leur travail, les chercheurs ont étudié théoriquement la réaction qui, lors de la collision d’un proton avec un neutrino produit un électron, un méson D et un nucléon. L’intérêt de cette réaction provient de la présence dans le méson D d’un quark « charm », initialement absent des nucléons qui ne contiennent que des quarks légers (surtout up et down) et des gluons. Ce quark « charm » provient de la transmutation d’un quark du nucléon associée à l’interaction faible qui est pratiquement absente des collisions entre électrons et nucléons. Avec les méthodes de la chromodynamique quantique, les physiciens ont démontré que la distribution azimutale du méson D dépend étroitement de la distribution de spin des quarks dans le nucléon. Munis de cette distribution angulaire azimutale, ils montrent comment remonter par déconvolution et transformation de Fourier à la distribution spatiale du spin des quarks dans le nucléon. Les expériences actuelles disposent de faisceaux de neutrinos dont l’énergie est un peu insuffi sante, mais un programme vigoureux existe aux États-Unis pour accroitre leur énergie. Installer un détecteur capable d’isoler les évènements intéressants ne semble pas hors de portée.

Neutrino Production of a Charmed Meson and the Transverse Spin Structure of the

Nucleon, B. Pire1 et L. Szymanowski2, Physical Review Letters 15, 4793 (2015)


En savoir plus

Bernard Pire, directeur de recherche CNRS

Contact chercheur

1 Centre de Physique Théorique (CPhT)

2 National Centre for Nuclear Research (NCBJ) Warsaw, Poland

Informations complémentairesGraphes de Feynman pour la neutrino-production d’un méson D; la ligne épaisse

désigne le quark charme, la ligne en forme de ressort désigne un gluon.


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Pourquoi le neutron est-il plus lourd que le proton ? mars 2015 Le fait que le neutron est légèrement plus massif que le proton

est essentiel pour comprendre le processus d’assemblage des

noyaux atomiques dans l’univers primordial, ainsi que nombre de

leurs propriétés observées aujourd’hui. À l’aide de superordinateurs

parmi les plus performants au monde, une équipe de physiciens

principalement de France, d’Allemagne et de Hongrie, a calculé la

différence de masse minime entre neutrons et protons et a confirmé

que celle-ci résulte d’une compensation partielle entre effets de

masse des quarks et effets électromagnétiques. [...]


contact chercheur : Laurent Lellouch, [email protected]

Cette figure montre comment la différence de masse entre neutron et proton dépend de deux

combinaisons de paramètres fondamentaux



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Ac tua l i t és

in te r face

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Physique-Terre Solide : Y aurait-il un mécanisme universel d’altération en milieu aqueux ? - janvier 2015 Les verres sont considérés comme des matériaux durs, mais ils

deviennent instables en présence de l’eau. L’altération chimique des

verres silicatés dans les régions volcaniques et en particulier aux

dorsales océaniques, joue un rôle primordial dans la composition

chimique des océans et la régulation du climat terrestre. Une étude

publiée récemment dans la revue Nature Materials, issue d’une

collaboration entre plusieurs laboratoires du CNRS, des universités

françaises de Grenoble, Rouen, Aix-Marseille Université, des Pays-

Bas et du Royaume Uni, met en lumière un nouveau mécanisme de

corrosion des verres. Ce travail est fondé sur une étude détaillée à

l’échelle nanométrique de la couche d’altération qui se forme à la

surface des verres au contact avec de l’eau. Ce mécanisme, déjà

observé pour des minéraux serait-il universel en milieu aqueux ? [...]

Groupe de physique des matériaux (GPM)

Physique-Terre Solide : Un nouveau critère chimique d’identification des fossiles de bactéries magnétotactiques - février 2015 Des chercheurs de l’Institut de Physique du Globe de Paris, de l’Institut

de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie et de

la société Nanobactérie ont découvert un marqueur spécifique des

magnétites synthétisées par les bactéries magnétotactiques au sein de

leur cellule, reposant sur leurs teneurs en éléments chimiques présents

à l’état de traces. Ces travaux ont été publiés dans la revue PNAS. [...]

Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie

(IMPMC)

Physique-Biologie : Comment la cellule aspire-t-elle sa propre membrane vers l’intérieur ? - mars 2015 Une collaboration entre un physicien théoricien du CNRS et des

chercheurs du département de Biochimie de l’Université de Genève

éclaire d’un jour neuf le phénomène de l’endocytose, ce cycle

biologique qui se déroule au niveau de la membrane et aboutit à la

formation des compartiments de transport nécessaires aux échanges

avec l’extérieur. Cette étude est publiée dans la revue Nature

Communications. [...]

Laboratoire de physique théorique et modèles statistiques (LPTMS)

Physique-Ingénierie : La cellule vivante vue comme un moteur liquide - mars 2015 Les cellules vivantes doivent exercer des forces variables sur leur

environnement pour garder une forme définie et accomplir leurs

fonctions. Grâce à un travail couplant mesures mécaniques à l’échelle

de la cellule unique et modélisation, des physiciens montrent que le

squelette des cellules possède à la fois les propriétés motrices des

muscles et la malléabilité des liquides. Les cellules peuvent ainsi

moduler leurs forces et réaliser les déformations extrêmes que l’on

observe, par exemple, lors de la formation de l’embryon. Ces travaux

ont été publiés dans la revue PNAS. [...]

Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy)

Physique-Terre Solide : Le noyau de la Lune révélé par la lumière synchrotron - avril 2015 Les enregistrements sismiques obtenus grâce au programme spatial

Apollo (Apollo Lunar Surface Experiments Package) fournissent des

informations très précieuses sur la structure interne de la Lune.

Cependant, ces données ne suffisent pas à déterminer la structure

ainsi que les propriétés de son noyau. Afin de mieux interpréter les

différentes propriétés sismiques, des mesures de densité et de vitesse

du son dans le fer aux pressions et températures existant dans le noyau

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© IA

urélien Roux

Institut de physiqueActualités interfaces

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lunaire, ont été obtenues par des chercheurs de l’équipe Minéralogie

des intérieurs planétaires de l’Institut de Minéralogie, de Physique des

Matériaux et de Cosmochimie et présentées dans la revue PNAS. Ce

travail qui fournit de nouvelles clés pour comprendre les observations

sismiques, a permis de modéliser précisément la composition et la

structure du noyau métallique de la Lune. [...]

Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie

(IMPMC)

Physique-Ingénierie : Un nouveau type d’échographie pour imager les propriétés mécaniques des cellules - avril 2015 Dans le cadre d’une collaboration entre physiciens et biochimistes,

des chercheurs ont élaboré un échographe qui combine optique et

acoustique et permet d’obtenir, sans contact ni marqueurs, le profil

mécanique d’une cellule avec une très bonne résolution. Ces travaux,

publiés dans Scientific Reports, pourraient permettre de développer

de nouveaux traitements ou des outils diagnostiques, la mécanique

cellulaire jouant un rôle primordial dans de nombreux processus

biologiques ainsi que dans la progression de maladies dégénératives.

Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine (LOMA)

Physique-Biologie : Tournants, bifurcations et déposition cellulaire, acteurs de la vaso occlusion drépanocytaire ? - juin 2015 La drépanocytose affecte plus de 50 millions de personnes dans le

monde et se caractérise par des crises douloureuses de vaso occlusion

dont la localisation exacte dans la microcirculation des tissus profonds

reste inconnue. Une étude microfluidique et numérique réalisée par

trois équipes multidisciplinaires de Montpellier, démontre pour la

première fois que des cellules sanguines se déposent préférentiellement

aux tournants à fortes courbures, et notamment aux bifurcations,

caractéristiques de la microcirculation. Ces travaux qui mettent en

évidence le rôle majeur que pourrait jouer la géométrie de l’écoulement

dans l’avènement des crises occlusives, sont publiés dans la revue

Biophysical Journal. [...]

Laboratoire Charles Coulomb (L2C)

Physique-Ingénierie : Les effets de la nage des bactéries sur l’écoulement d’un fluide - septembre 2015 La présence de bactéries pourrait perturber les propriétés

hydrodynamiques d’un fluide en faisant chuter sa viscosité jusqu’à

pouvoir l’annuler, à l’instar d’un « superfluide », dépourvu de toute

viscosité. Une découverte expérimentale issue de la collaboration

d’équipes de recherche des laboratoires FAST, PMMH et LPS. Elle a été

publiée dans Physical Review Letters. [...]

Laboratoire Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques (FAST)

Physique-Chimie : Un avenir pour les perovskites dans la spintronique - octobre 2015 Les perovskites se sont récemment imposées dans le paysage

des cellules photovoltaïques. Forts de leurs travaux théoriques sur

la conversion photovoltaïque de l’énergie solaire, des équipes du

laboratoire Fonctions optiques pour les technologies de l’information

(CNRS/INSA de Rennes) et de l’Institut des sciences chimiques de

Rennes (CNRS/Université de Rennes 1) prédisent aujourd’hui à ces

matériaux un avenir dans le domaine de la spintronique. Ces résultats

sont parus dans la revue ACS NANO. [...]

Laboratoire Fonctions Optiques pour

les Technologies de l’informatiON

(FOTON)

Physique-Biologie : La ratchetaxie : une migration cellulaire d’un nouveau genre - novembre 2015 Les mouvements migratoires dirigés des cellules dans l’organisme sont

le plus souvent justifiés par des gradients chimiques ou physiques de

longue portée. L’équipe de Daniel Riveline à l’Institut de génétique et

de biologie moléculaire et cellulaire, en collaboration avec l’équipe de

Mathieu Piel à l’Institut Curie et Raphaël Voituriez à l’université Pierre et

Marie Curie, montre pourtant que d’autres types de signaux plus locaux

peuvent influencer la migration cellulaire. Ces travaux sont publiés dans

la revue Trends in Cell Biology. [...]

Laboratoire Jean Perrin (LJP) et Laboratoire de physique théorique de la

matière condensée (LPTMC)

© IM

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ikaël Képénékian

Institut de physiqueActualités interfaces


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Bilan du traitement des propositions des laboratoires en 2015

Illustration bandeau : © CNRS Photothèque / Kaksonen

En 2015, l’institut a communiqué sur plus de 80 sujets émanant de ses laboratoires. L’évolution montre un

accroissement des sujets traités en alertes et communiqués de presse, de 15 en 2014 à 28 en 2015. En moyenne,

700 visites par actualité scientifique sont enregistrées sur le site de l’INP et 900 par actualité innovation.

Les thématiques qui communiquent

5 sujets dans la thématique « Métrologie - Références »

7 sujets dans la thématique « Molécules - Agrégats »

7 sujets dans la thématique « Boîtes quantiques - Photons uniques »

6 sujets dans la thématique « Nanotubes - Nanofils »

11 sujets dans la thématique « Spintronique - Matériaux 2D - Electrons dans les solides »

6 sujets dans la thématique « Atomes froids »

19 sujets dans la thématique « Effets collectifs - Auto-organisation - Interface biologie - Plasmas - Physique macroscopique - Théorie - protons »

Provenance des publications traitées

Les publications scientifiques traitées à l’INP proviennent pour l’essentiel de revues du groupe « Nature » (Nature

communications, Nature Physics…) et de la revue Physical Review Letters (respectivement 24 et 13 publications

sur un total de 77).

La communication en chiffres


79Illustration bandeau : © CNRS Photothèque / Kaksonen

Institut de physiqueLa communication en chiffres

Le nombre total de sujets « innovation » traités à l’INP s’avère constant sur 2014-2015, avec cependant une

proportion plus forte d’articles produits à destination de « La Lettre innovation du CNRS ». L’objectif vise à poursuivre

cette progression, tout en parvenant à une moyenne de 6 actualités Innovation par an.

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