Archives 2013
décembre 2013
Comment concilier magnétisme et ferroélectricité : la voie des films minces multiferroïques Co/BaTiO3
Un matériau multiferroïque est un matériau au sein duquel peuvent s’établir au moins deux ordres ferroïques. La combinaison notamment des ordres ferroélectrique et ferromagnétique permettrait la réalisation de mémoires vives non-volatiles de taille nanométrique à faible consommation énergétique, voire de mémoires à quatre états programmables. Malheureusement, dans un système monophasé, l’une des deux propriétés prédomine toujours. Avec un système biphasé, la manipulation au choix de la polarisation ou de l’aimantation permanente à l’aide d’un champ électrique ou magnétique devient possible. Des chercheurs de l’équipe « Couches nanométriques : formation, interfaces et défauts » de l’INSP, en collaboration avec des chercheurs du CEA/SPCSI, viennent de franchir une étape décisive dans la mise en évidence du couplage magnétoélectrique d’interface entre l’aimantation d’une couche mince ferromagnétique de Co et la polarisation d’une couche mince ferroélectrique de BaTiO3.
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novembre 2013
Quand une molécule réagit avec les atomes de surface du silicium : décryptage d’une réaction chimique à deux vitesses
Le silicium est le composé de base de la microélectronique. Depuis quelques années, des recherches sont menées pour développer l’électronique moléculaire où des molécules fonctionnelles uniques sont utilisées comme interrupteurs, diodes, transistors... ll est donc tentant d’intégrer ces molécules organiques dans la technologie du silicium. La difficulté est que ces molécules possèdent généralement plusieurs fonctions chimiques compliquant ainsi leur greffage. Le contrôle du dépôt de molécules simples sur la face cristalline dite « technologique » du silicium, la face (100), est la clé pour développer de tels composants hybrides.
Des chercheurs de l’équipe « Physico-chimie et dynamique des surfaces » de l’INSP, en collaboration avec une équipe de théoriciens de Rome, ont déterminé la géométrie de l’éthylène (C2H4) adsorbé sur la surface Si (100). Cette molécule est un modèle pour étudier le comportement d’une double liaison C=C sur la surface de silicium. De plus, le suivi en temps réel du dépôt d’éthylène a montré que celui-ci se fait en deux étapes distinctes, ce qui n’était pas a priori attendu, du fait qu’un seul type de site d’adsorption existe sur cette surface. Les chercheurs ont reproduit très précisément cette cinétique d’adsorption au moyen d’un modèle statistique, qui oblige à revisiter les modèles classiques de cinétiques.
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octobre 2013
Les boîtes quantiques : des qubits performants ?
L’interaction des excitations électroniques avec son environnement dans une boîte quantique semiconductrice est une des causes principales de perte de cohérence des états. Elle constitue à l’heure actuelle une importante limitation, si l’on souhaite utiliser les boîtes quantiques comme briques élémentaires pour des protocoles en information quantique ou des expériences plus fondamentales en optique quantique. Comprendre les mécanismes mis en jeu et pouvoir les contrôler et un enjeu important de la recherche dans ce domaine. Des chercheurs de l’équipe « Nanostructures et systèmes quantiques » de l’INSP, ont récemment mis en évidence, grâce à des expériences de luminescence résonnante avec des impulsions lumineuses picosecondes, différents mécanismes de couplage, notamment aux phonons acoustiques, mais aussi à l’environnement électromagnétique spécifique de chaque boîte. Ces mécanismes de couplage induits par l’excitation conduisent à une perte de cohérence notable des états adressés et expliquent par exemple l’amortissement habituellement observé des oscillations de Rabi.
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Modes de flexion et déplacement de parois magnétiques : quand osciller permet d’avancer
Des chercheuses de l’équipe « Nanostructures et systèmes quantiques » de l’INSP s’intéressent au déplacement de parois de domaines magnétiques, des objets qui permettraient de développer de nouveaux dispositifs de mémoire et de logique. Combinant simulations numériques et approche semi-analytique, elles ont réussi, en étroite collaboration avec un théoricien de l’université de Riga (Lettonie), à expliquer l’apparition de vitesses élevées, observées expérimentalement, par l’excitation de modes de flexion de la paroi.
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septembre 2013
Les nanoparticules d’oxydes mixtes pour lutter contre les bactéries ?
L’utilisation biomédicale des nanoparticules d’oxydes métalliques suscite l’intérêt des chercheurs en raison de leurs activités antibactériennes à faible concentration (Anagnostakos et al. 2008). Cette propriété est étroitement liée à la grande surface spécifique des nanoparticules, ce qui les rend plus réactives aux surfaces des bactéries. En collaboration avec l’unité de Virologie et Immunologie Moléculaires (INRA, Jouy-en-Josas), l’équipe « Oxydes en basses dimensions » de l’INSP a étudié les effets bactéricides et toxiques des nanoparticules mixtes ZnMgO. Les chercheurs ont ainsi mis en évidence non seulement l’efficacité antibactérienne mais aussi la biocompatibilité du ZnMgO.
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août 2013
Des nanoparticules d’or pour l’électronique moléculaire
A l’aube du troisième millénaire, les nanoparticules d’or ont dévoilé quelques propriétés qui les rendent très prisées autant pour la recherche fondamentale que pour les applications. On peut mentionner leurs propriétés optiques (résonance de plasmon), catalytiques (réactivité chimique inattendue des très petites particules) et thérapeutiques (fonctionnalisation pour le ciblage de cellules cancéreuses). Depuis 2005, les chercheurs leur ont trouvé une nouvelle fonction, celle de « nano-réservoirs » à électrons, si petits qu’ils permettent de contrôler un courant électrique, électron par électron. Ainsi, il peut être envisagé une électronique avec les plus faibles courants imaginables, comme une miniaturisation ultime. Ces effets à un seul électron sont basés sur le phénomène de blocage de Coulomb, régi par la physique quantique et qui apparaît quand on considère un conducteur électrique assez petit (une nanoparticule d’or) pour que l’ajout d’un électron supplémentaire à ce conducteur ne se fasse pas spontanément sous l’effet de l’agitation thermique et puisse être contrôlé en appliquant une tension. C’est à ce niveau que se situe la recherche menée par Olivier Pluchery au sein de l’équipe « Physico-chimie et dynamique des surfaces » de l’INSP dans le cadre d’un consortium de trois laboratoires réunissant l’INSP, le Laboratoire de réactivité de surface (LRS, UPMC) et l’université du Texas à Dallas (UTD). Ils ont fabriqué un tel assemblage de nanoparticules d’or et de molécules sur du silicium qui présente un comportement électrique de blocage de Coulomb.
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Polarité des nano-objets oxydes
L’instabilité électrostatique intrinsèque aux surfaces polaires d’oxydes et la modification forte des propriétés qu’elle implique ont depuis longtemps été utilisées comme des leviers pour fabriquer des objets aux propriétés ajustables et dédiées. Au-delà des connaissances déjà acquises sur les surfaces, deux chercheurs de l’équipe « Oxydes en basses dimensions » de l’INSP viennent de publier une revue incluant les bases conceptuelles du phénomène de polarité, les spécificités des mécanismes de compensation à l’échelle nano et les résultats de la littérature sur les couches ultra-minces, les nano-rubans, ou les nano-îlots polaires.
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juillet 2013
Comprendre et modéliser l’interaction des ions avec les plasmas denses
La compréhension des mécanismes physiques associés à l’interaction des ions lourds avec la « matière dense et chaude » est essentielle dans le cadre des recherches reliées à la fusion thermonucléaire initiée par des faisceaux d’ions, et plus généralement dans le domaine en plein essor de la physique des hautes densités d’énergie. Par comparaison avec la matière froide, les processus élémentaires d’interaction dans les plasmas tels que l’ionisation, l’échange de charge et les processus de recombinaison, sont profondément affectés par le fait que la matière est chaude et ionisée. Mais ces modifications restent actuellement mal caractérisées et méconnues. Des expériences récentes menées par une équipe du LULI (équipe de J. Fuchs), combinées à une analyse des données reposant sur un modèle d’évolution des états de charge des ions développé dans l’équipe « Agrégats et surfaces sous excitation intense » de l’INSP, ont permis d’obtenir les tout premiers résultats dans ce domaine.
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Des nano-antennes pour accélérer l’émission lumineuse
Une antenne est un dispositif facilitant le couplage entre un oscillateur électrique local et les ondes propagatives du champ électromagnétique. Si les antennes sont couramment utilisées pour l’émission et la réception des ondes radio, leurs analogues dans le domaine visible n’ont pu être étudiés que depuis quelques années car leurs dimensions doivent être contrôlées à des échelles très inférieures à la longueur d’onde. Cette question suscite un grand intérêt dans la perspective d’améliorer l’absorption (cellules solaires, détecteurs) ou l’émission de lumière (imagerie biologique, émission de photons uniques…). Le positionnement de l’émetteur lumineux par rapport à l’antenne est un aspect particulièrement délicat du couplage. L’équipe « Nanostructures et optique » de l’INSP a étudié la fluorescence de nanocristaux semi-conducteurs positionnés de manière déterministe au centre d’une nano-antenne « patch » constituée d’un disque métallique, et montré une accélération et une redirection de l’émission lumineuse.
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juin 2013
Radiation THz de spins électroniques : premiers pas pour le laser à spin
Les chercheurs de l’équipe « Nanostructures et systèmes quantiques » de l’INSP s’intéressent au transport de l’information en utilisant le spin. Ils recherchent en particulier un composant qui transformerait un courant oscillant de spin (une onde de spin) en une onde électromagnétique comme une diode laser transforme un courant électrique en une émission de lumière infra-rouge. Les chercheurs de l’INSP en collaboration avec ceux du Laboratoire Pierre Aigrain (LPA) viennent de franchir une étape en mettant en évidence le rayonnement THz émis par des spins d’un puits quantique mis en précession par une impulsion laser.
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mai 2013
Répulsion coulombienne contre propagation de la supraconductivité : qui gagne ?
La supraconductivité est un phénomène quantique qui résulte de l’attraction entre électrons de conduction. Ceux-ci s’apparient deux à deux et forment ainsi des paires de Cooper. Mais les électrons se repoussent aussi car ils portent tous la même charge électrique, c’est l’effet coulombien. Un matériau supraconducteur compense cette répulsion en formant un écran de charges positives autour de chaque électron. Malgré une forte interaction coulombienne, un matériau peut-il acquérir des propriétés supraconductrices ?
Des physiciens de l’équipe « Spectroscopie des nouveaux états quantiques » de l’Institut des Nanosciences de Paris (INSP) viennent de montrer que les paires de Cooper se propagent dans un matériau bidimensionnel très désordonné.
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avril 2013
Comment coulent les mousses...
Les mousses aqueuses sont des fluides complexes qui présentent des propriétés structurales et mécaniques remarquables. Celles-ci sont intimement liées aux écoulements à l’échelle des bulles, films ou interfaces qu’induisent la gravité ou une sollicitation mécanique imposée. Deux chercheurs de l’équipe « Mécanique multiéchelle des solides faibles » de l’INSP, en collaboration avec un chercheur de l’IFSTTAR, présentent l’état de l’art des expériences et modèles des couplages multiéchelles qui pilotent le drainage et la mécanique des mousses.
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mars 2013
Auto-organisation de nanostructures Silicium-Germanium : une croissance sous contrainte
Les méandres d’une rivière ou les dunes de sable sont des structures auto-organisées couramment observées aux échelles géologiques. Grâce aux technologies actuelles, les échelles nanométriques des surfaces cristallines révèlent des morphologies étrangement ressemblantes. Dans une revue récente, un chercheur de l’équipe « Physico-chimie et dynamique des surfaces » de l’INSP dresse un état de l’art à la fois théorique et expérimental de la croissance et de l’auto-organisation de nanostructures Silicium-Germanium sous contrainte élastique [1].
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février 2013
Auto-organisation modulable sur substrat hybride oxyde/métal
L’intérêt tant fondamental qu’applicatif des nanoparticules réside en la forte relation entre leurs propriétés, leur taille et leur forme. Il est donc indispensable de maîtriser la fabrication d’ensembles de nano-objets de taille et de forme bien contrôlées. Grâce à la double nano-structuration élastique et électronique de leurs surfaces, les substrats hybrides, formés de couches ultra-minces d’oxydes synthétisées sur une surface métallique, sont particulièrement prometteurs pour la fabrication de tels ensembles.
Dans le cadre d’une collaboration internationale avec deux équipes d’expérimentateurs, des théoriciens de l’équipe « Oxydes en basses dimensions » de l’INSP ont identifié, grâce à une stratégie de simulations atomistiques reposant sur un code développé à l’INSP, l’association subtile de mécanismes électronique et élastique responsables de l’auto-organisation d’agrégats métalliques sur MgO/Mo(100).
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Comment un mode de la bande interdite phononique se confine-t-il dans un défaut ?
Après qu’une équipe de théoriciens du MIT a démontré que des phonons et des photons pouvaient être localisés simultanément au sein d’une même cavité créée dans une nanostructure de silicium, s’est posée la question de leurs interactions mutuelles. C’est dans ce contexte que des chercheurs de l’équipe « Cristaux phononiques » de l’INSP, en collaboration avec un groupe de l’IEMN de Lille, ont étudié la dynamique de confinement d’une onde élastique, dans un défaut de type « lacune » introduit au sein d’un cristal phononique bidimensionnel. Pour cela, ils ont mesuré in situ par des expériences résolues en temps, les déplacements associés aux modes acoustiques localisés dans le défaut. Ils ont montré que l’énergie élastique se localise d’abord dans la partie du défaut la plus éloignée de la source acoustique et que la dynamique de localisation dépend de la symétrie du mode de défaut.
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janvier 2013
Le nitrure de gallium ou le mystère du sous-réseau azote
Le nitrure de gallium (GaN) est un composé semi-conducteur aux nombreuses applications en micro et optoélectronique. Lorsqu’il est employé dans le domaine spatial ou médical, ce matériau est soumis à des bombardements électroniques ou ioniques qui déplacent les atomes d’azote et de gallium du réseau cristallin. Une grande quantité de défauts de type lacunes et interstitiels est ainsi engendrée (Figure 1), ce qui nuit au bon fonctionnement des composants électroniques. Alors que des recherches intensives sont menées depuis plusieurs années pour identifier ces défauts, aucun lié à l’azote n’avait pu être mis en évidence expérimentalement. Récemment, deux chercheurs de l’équipe « Couches nanométriques : formation, interfaces et défauts » de l’INSP ont franchi un cap en couplant une étude expérimentale par spectroscopie RPE (résonance paramagnétique électronique) avec une modélisation des caractéristiques des défauts (interactions hyperfines et tenseur de Landé, figures 2 et 3).
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