Archives 2016
décembre 2016
Ondes de spin entrelacées
En 1851, le scientifique français Hippolyte Fizeau réalisa une expérience où un rayon lumineux se propageait dans un tube rempli d’eau en mouvement. Il observa que la vitesse de la lumière dans le référentiel du laboratoire, suivait une loi dépendant de la vitesse du flux d’eau, loi qui ne s’expliquait pas par un simple effet d’entrainement de l’eau en mouvement. L’effet fut expliqué bien plus tard une fois que Albert Einstein introduisit la relativité restreinte et les transformations de Lorentz qui s’opèrent lors de changement de référentiel relativiste. Un effet similaire, mais avec des ondes de spin dans un solide bi-dimensionnel, a récemment été observé et décrit par l’équipe Nanostructures et systèmes quantiques de l’INSP, en collaboration avec des théoriciens de l’université du Missouri et de l’université de York.
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octobre 2016
Rayonnement lumineux et champ électromagnétique dans des nanostructures photoniques
Caractériser précisément l’émission et la propagation de la lumière dans des nanostructures photoniques est nécessaire pour l’application de ces structures en opto-électronique. L’équipe « Nanostructures et optique » de l’INSP a étudié des nanostructures photoniques en combinant des analyses spatiale et angulaire de leur rayonnement. Il a alors été possible de montrer que différents points de la même nanostructure émettaient la lumière suivant différentes directions, reflétant la structuration de la distribution du champ électromagnétique à l’intérieur de cette structure.
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L’activité optique révélée des objets bidimensionnels
Les progrès en nanotechnologie, en particulier en lithographie électronique, permettent aujourd’hui de réaliser de façon contrôlée des nano-objets de forme complexe. Il devient alors possible de contrôler non seulement l’intensité des champs électromagnétiques mais aussi leur polarisation. Afin d’utiliser ces nano-objets comme capteurs ultra-sensibles ou antennes sélectives en polarisation, il est indispensable de comprendre et décrire leur réponse optique à l’échelle de l’objet unique. Dans ce cadre, un chercheur de l’INSP, en collaboration avec des chercheurs des universités Paris Diderot et d’Aix-Marseille, a pour la première fois mesuré et mis en évidence les propriétés singulières de résonateurs plasmoniques en forme de U.
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septembre 2016
Boîtes quantiques auto-organisées dans les nanofils : mécanismes de croissance
Des boîtes quantiques insérées dans des nanofils : telle est la géométrie explorée dans de nouveaux dispositifs d’optique quantique. Leur application va des « nano »-détecteurs aux sources de photons uniques. Un nouveau mode de croissance de ces objets a été récemment révélé[1]. Il correspond à l’auto-organisation de boîtes dans des nanofils de type cœur-coquille de semi-conducteurs AlGaAs. Elles présentent des propriétés optiques différentes des boîtes habituellement obtenues dans le mode de croissance Stranski-Krastanov. La compréhension de la croissance de ces boîtes nécessite de revisiter les mécanismes d’évolution de ces hétérostructures. Tel a été l’objet d’un travail théorique associant l’équipe Physico-chimie et dynamique des surfaces de l’INSP au Département de sciences de l’ingénieur et de mathématiques appliquées de Northwestern University[2]. Les chercheurs ont montré que les morphologies obtenues dans les expériences pouvaient être reproduites dans un modèle thermodynamique décrivant la combinaison entre la capillarité et les anisotropies de diffusion de surface et de déposition. La cinétique peut ainsi favoriser la présence de facettes non décrites dans le diagramme d’équilibre dit de Wulff.
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juillet 2016
Des phonons qui vivent plus longtemps que prévu
La maîtrise des échanges thermiques et la recherche de nouveaux matériaux thermoélectriques sont devenues des enjeux majeurs dans le fonctionnement des dispositifs microélectroniques. La chaleur est transportée majoritairement par les phonons dans les semi-conducteurs et la connaissance de leur libre parcours moyen (LPM) est donc très importante. Cependant, ce paramètre est encore très mal connu : une théorie cinétique de la conductivité thermique conduit à des LPM respectivement de 40 et 20 nm pour Si et GaAs. Toutefois, des mesures récentes de la conductivité thermique par thermoréflectance[1] suggèrent que les valeurs des LPM couvrent plusieurs ordres de grandeur et que les phonons de LPM supérieur à 1 µm à la température ambiante contribuent de façon significative au transport de chaleur. L’équipe « Acoustique pour les nanosciences » de l’INSP vient de franchir une nouvelle étape en effectuant la première mesure directe et précise du LPM dans le domaine 0.2 à 1 THz dans GaAs.
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mai 2016
Renversement d’aimantation : les ondes acoustiques se font entendre
Renverser l’aimantation de façon rapide, localisée, et sous un champ magnétique faible, voire nul, constitue l’un des enjeux majeurs de l’amélioration du stockage et de la manipulation de l’information codée magnétiquement. Une approche envisagée est l’utilisation de la magnétostriction inverse, c’est à dire la modification de la direction de l’aimantation induite par une déformation du matériau. Ce processus est très efficace lorsque la déformation est produite dynamiquement par une onde acoustique. C’est ce qu’a démontré un groupe de chercheurs de l’Institut des Nanosciences de Paris : dans un semiconducteur magnétique, des ondes acoustiques de surface couplées à l’aimantation dans 2 géométries différentes (approche résonante ou non-résonante), se sont révélées capables de renverser efficacement l’aimantation.
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avril 2016
Quand un isolant topologique robuste côtoie un ferrimagnétique dur
Les isolants topologiques 3D, dont Bi2Se3 est un archétype, forment une nouvelle classe de matériaux aux propriétés électroniques étonnantes : isolants en volume, ils sont conducteurs en surface. Parvenir à élaborer des structures combinant isolants topologiques et matériaux magnétiquement ordonnés est important pour étudier les possibles effets de proximité qui induisent de nouvelles propriétés aux interfaces. Dans ce contexte, des chercheurs de l’équipe « Croissance et propriétés de systèmes hybrides en couches minces » de l’INSP viennent de mettre au point par épitaxie par jets moléculaires des nanocomposites combinant les propriétés topologiques de Bi2Se3 et les propriétés magnétiques dures de Fe3Se4. Ce travail a été réalisé en collaboration avec des équipes de l’UFSCar (Brésil) et des synchrotrons Elettra (Italie) et Soleil.
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mars 2016
Comment l’interaction d’une nanoparticule avec des molécules modifie ses propriétés électriques
L’électronique moléculaire est sortie des laboratoires et elle devient peu à peu une réalité dans certaines applications quotidiennes, notamment dans les écrans AMOLED ou dans la photovoltaïque plastique. L’enjeu est de combiner les architectures faites de molécules organiques aux incroyables prouesses électriques des structures inorganiques qui équipent depuis longtemps nos appareils de micro-électronique. C’est une étape importante de la transition vers la nano-électronique. C’est dans ce cadre qu’un chercheur de l’équipe « Physico-chimie et dynamique des surfaces » de l’INSP, en collaboration avec d’autres collègues français et américains, a testé le fonctionnement d’un film moléculaire de 1,3 nm d’épaisseur : il a mesuré ses propriétés électroniques et évalué le transit de quelques électrons vers une nanoparticule d’or.
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Résonances photoélastiques : un coup de pouce pour l’optomécanique ultrasensible
Grâce au couplage optomécanique, de nombreux phénomènes originaux ont été observés tels que le refroidissement laser qui décrit la réduction de l’agitation thermique dans le matériau sous l’effet d’un flux de photons. Un physicien de l’équipe « Nanostructures et systèmes quantiques » de l’INSP vient de démontrer l’importance d’un mécanisme de couplage alternatif pour l’optomécanique. Il s’agit du couplage photoélastique entre phonons acoustiques et photons qui reflète la modulation de l’indice de réfraction du résonateur sous l’effet des déformations acoustiques.
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février 2016
Des ondes acoustiques guidées dans des nano-objets
Aux tailles nanométriques et aux fréquences supérieures au gigahertz, l’étude des vibrations de nano-objets individuels est un défi expérimental d’envergure qui stimule une communauté de physiciens. En effet, l’observation de ces vibrations acoustiques permet de sonder les limites de validité des modèles de mécanique macroscopiques. Par ailleurs, les vibrations acoustiques des nano-objets sont de véritables « empreintes digitales » pour caractériser précisément des variations de taille, de forme ou de composition… Certains imaginent même que ces nano-objets pourraient conduire à la conception de microscopes acoustiques de résolution nanométrique. Cependant, jusqu’à présent, les études se limitaient à l’étude de modes de vibrations confinés. Des chercheurs de l’INSP ont su aller au-delà en concevant un système expérimental pour observer la propagation d’ondes acoustiques dans des nano-objets.
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janvier 2016
Combiner magnétisme et polarisation électrique à température ambiante dans un film mince
Actualité de l’INP du CNRS - Des physiciens ont créé un nouveau type de matériau multiferroïque en accolant deux films d’épaisseur nanométrique de cobalt et de titanate de baryum. À l’interface entre ces deux films, le magnétisme du premier se couple fortement à la ferroélectricité du second et cela même à température ambiante.
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ETACHA : un code pour prédire les distributions d’états de charge d’ions lourds multichargés dans un solide
Prédire l’évolution de l’état de charge d’un ion d’une vitesse donnée dans la matière dense est un problème complexe : l’ion va subir des collisions successives avec les atomes du milieu qui vont le ralentir et perturber son cortège électronique via des processus élémentaires tels que la capture d’électrons, l’ionisation et l’excitation. à haute vitesse, l’ionisation et l’excitation dominent largement le processus de capture qui devient négligeable et un traitement perturbatif des collisions est applicable. En diminuant la vitesse de l’ion, tous les processus finissent par jouer un rôle équivalent complexifiant la modélisation. L’équipe « Agrégats et surfaces sous excitation intense » de l’INSP, en collaboration avec des théoriciens argentins, a développé le seul code qui permette de prédire l’évolution des distributions d’états de charge d’ions en fonction de l’épaisseur du solide traversé pour une large gamme de vitesses de collision et en prenant en compte jusqu’à 60 orbitales électroniques de l’ion incident.
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