Archives 2017
décembre 2018
Des nanoparticules métalliques anisotropes pour des capteurs plasmoniques ultrasensibles : application à la détection d’hydrogène
Les nanoparticules (NPs) métalliques, par exemple d’argent, d’or ou de palladium, lorsqu’elles sont éclairées par la lumière, peuvent être le siège d’oscillations collectives d’électrons, appelées résonances localisées de plasmon de surface (LSPR), qui confèrent aux NPs des absorptions optiques spécifiques et donc des couleurs différentes de celles du volume (par ex. rouge ou violette pour l’or). La position spectrale de cette absorption dépend du métal et de l’environnement immédiat des NPs. Cette propriété est à la base des capteurs plasmoniques : quand les molécules à analyser se déposent à la surface des NPs, ou y pénètrent, il y a déplacement spectral de la résonance, relié à la quantité d’entités adsorbées. Cependant, plusieurs facteurs limitent la sensibilité et l’utilisation des capteurs plasmoniques conventionnels : nécessité d’un monochromateur, limitation de celui-ci en terme de résolution, sensibilité à des fluctuations (mécaniques ou de la lampe), signal parasite dû à la lumière ambiante. Des chercheurs de l’équipe Physico-chimie et dynamique des surfaces de l’INSP ont développé une méthode originale différentielle, basée sur des échantillons anisotropes, qui permet de s’affranchir du monochromateur en utilisant une seule longueur d’onde, et qui conduit à une sensibilité inégalée.
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novembre 2017
Une instabilité hélicoïdale décortiquée
L’extrusion est un procédé qui consiste à faire passer un fluide très visqueux – typiquement un verre fondu ou une solution de polymères – par un conduit, afin de lui imprimer sa forme. Il suffit de figer le fil produit pour pouvoir l’utiliser, par exemple dans des applications textiles. Parfois, cependant, tout ne se passe pas comme prévu et le fil ne présente pas la forme du conduit. L’écoulement fluide est devenu instable. Les ingénieurs ont répertorié de nombreuses instabilités affectant la surface ou le volume de l’extrudat en les baptisant joliment (« peau de requin », « fracture de fondu »…). Toutes entravent les performances du processus et on cherche donc à les éliminer. D’un point de vue fondamental, une instabilité est un puissant révélateur des mécanismes physiques en jeu dans l’écoulement de fluides complexes : où se déclenche l’instabilité ? quelles caractéristiques du fluide en sont responsables ? C’est dans cette optique que l’équipe Mécanique multiéchelles des solides faibles de l’INSP traque les instabilités d’extrusion de solutions de biopolymères gélifiables qui présentent la caractéristique d’être à la fois élastiques et visqueuses (viscoélasticité) et d’avoir une viscosité qui diminue fortement avec le débit (rhéofluidification).
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octobre 2017
Un nouvel état quantique de la matière : le gaz d’excitons superfluide - Actualité INP CNRS - 17 octobre 2017
Des physiciens ont réalisé la première observation d’une condensation de Bose-Einstein d’un gaz d’excitons. Grâce à l’observation de vortex quantiques, l’équipe de recherche a mis en évidence la superfluidité du gaz, caractéristique de la condensation de Bose-Einstein.
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septembre 2017
Sonder les processus d’interaction dans une matrice solide avec une boîte quantique unique
Les boîtes quantiques (BQ) semiconductrices possèdent une structure électronique discrète qui en fait une excellente source de photons uniques et indiscernables. Les propriétés de cohérence des photons émis permettent également de remonter aux interactions fondamentales de la BQ avec son environnement. En menant des expériences d’interférence à deux photons sous excitation résonante et en fonction de la température, des chercheurs-res de l’INSP, en collaboration avec une équipe de théoriciens au Danemark, ont pu étudier l’interaction entre une BQ et les modes de vibrations du réseau cristallin. Dans une configuration expérimentale originale, deux processus d’interaction responsables de la perte de cohérence ont été identifiés, dus à des transitions réelles et virtuelles assistées par les phonons acoustiques.
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août 2017
Vers des photodétecteurs infrarouge à base de nanocristaux : étude de la dynamique du transport dans des puits quantiques colloïdaux
Les nanocristaux colloïdaux sont des nanoparticules de semiconducteur dont les propriétés optiques sont ajustables de l’UV au THz[1]. Ce sont surtout leurs propriétés de luminescence qui ont, motivé l’intérêt de la recherche et, plus récemment, leur utilisation comme source de lumière pour les écrans au niveau industriel. Ces nanocristaux sont également très prometteurs pour l’optoélectronique car ils combinent la robustesse des matériaux inorganiques avec la facilité de processabilité des matériaux organiques. C’est en particulier vrai dans l’infrarouge où les technologies actuelles demeurent coûteuses et complexes. C’est dans ce contexte que l’équipe Physico-chimie et dynamique des surfaces de l’INSP a choisi d’étudier les propriétés de (photo)-conduction de films de puits quantiques colloïdaux de HgTe[2], pour le design de composants bas coût et rapides. Les techniques conventionnelles basées sur des mesures optiques résolues en temps étant difficiles à mettre en œuvre dans l’infrarouge, les chercheurs ont utilisé la photoémission et la photoconduction résolues en temps pour sonder la dynamique des porteurs dans ces matériaux.
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juillet 2017
La recherche fondamentale au secours de la galvanisation des nouvelles nuances d’acier
L’impératif environnemental de réduction des émissions de CO2 des automobiles pousse l’industrie métallurgique à développer des aciers innovants plus légers tout en étant plus résistants. En effet, une réduction significative du poids des voitures permet de réduire la consommation en carburant mais également de les rendre plus compatibles avec les énergies renouvelables. Pour atteindre les performances mécaniques requises, les aciers à haute limite d’élasticité modernes (AHSS : Advanced High Strength Steels) sont enrichis massivement en éléments d’alliage légers comme l’aluminium, le manganèse ou le silicium. La ségrégation et l’oxydation de ces derniers, lors des recuits de recristallisation des tôles, nuisent fortement à l’adhérence et la durabilité du film anti-corrosif de zinc protecteur en causant des défauts délétères. C’est dans ce contexte fortement applicatif de la galvanisation, que depuis plusieurs années les chercheurs de l’équipe « Oxydes en Basses Dimensions » de l’INSP, en collaboration étroite avec leur partenaire industriel ArcelorMittal Research, scrutent les interfaces métal/oxyde afin de déterminer les conditions et les compositions optimales pour une meilleure tenue des couches anti-corrosives. En associant des expériences de science des surfaces à des calculs atomistiques ab initio, les chercheurs ont élaboré plusieurs solutions originales reposant sur l’application des couches tampons ou l’hydroxylation préalable de la surface.
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juin 2017
Processus d’adsorption-déformation dans les matériaux nanoporeux
Lorsque des molécules hôtes viennent décorer la surface d’un solide (on parle d’adsorption), elles la contraignent et la déforment de manière élastique. Les matériaux nanoporeux dont la surface est très grande (jusqu’à 1000 m2/g) sont particulièrement sensibles à cet effet avec des déformations pouvant atteindre la limite de rupture des solides poreux rigides et modifier de près de 30% le volume de solides poreux mous (aérogels de porosité supérieure à 97%). La compréhension fondamentale des aspects mécaniques et thermodynamiques de ce couplage adsorption-déformation et de son rôle éventuel dans le processus d’évaporation de fluides confinés dans des nanopores (idée originale développée à l’INSP) fait l’objet d’intenses recherches [1,2]. Celles-ci s’appuient sur les progrès significatifs dans la fabrication de solides nanoporeux structurés et mieux caractérisés, mais se heurtent en premier lieu aux difficultés de mesures des propriétés mécaniques à l’échelle nanométrique de solides anisotropes. Dans ce contexte, les recherches menées à l’INSP en collaboration avec une équipe de l’ENS [3] viennent d’aboutir pour la première fois à la caractérisation complète des coefficients élastiques d’une matrice nanoporeuse, le silicium poreux, qui est une réalisation à une échelle inhabituelle, nanométrique, d’une structure en nid d’abeille désordonnée. Cette étude révèle également l’existence d’effets de taille finie et d’une forte contribution des effets élastiques de surface à l’énergie du système solide-fluide.
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mars 2017
Pentamères imbriqués de silicium : une organisation originale dans les nanorubans de Si/Ag(110)
Dix ans après leur découverte, les nanorubans de silicium obtenus par épitaxie sur une surface (110) d’argent livrent enfin leur secret. à l’origine de l’engouement pour le silicène, ces nanorubans ont d’abord été présentés comme les analogues du graphène pour le silicium. En effet, des études théoriques ont montré qu’un arrangement hexagonal d’atomes de silicium possède des propriétés semblables à celles du graphène : forte mobilité des porteurs, présence de cônes de Dirac, effet Hall quantique de spin. Avec la possibilité d’un dopage contrôlé, cela en fait un matériau de choix pour la microélectronique du futur. Afin de lever des doutes concernant l’existence de cônes de Dirac pour les nanorubans, des chercheurs de l’INSP, de Marseille[1] et Rome[2] se sont penchés sur leur structure. En confrontant leurs résultats de diffraction de rayons X et de microscopie à effet tunnel à l’ensemble des modèles proposés, ils ont pu démontrer que le silicium était en fait organisé sous forme de pentamères imbriqués.
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janvier 2017
Cavités acoustiques dans des micro-piliers
La mesure du déplacement mécanique présente un grand intérêt pour la recherche fondamentale et appliquée. La façon la plus performante de mesurer le déplacement d’un nano-résonateur mécanique est de le coupler avec une cavité optique. L’étude de ce couplage est l’essence de l’opto-mécanique. Ce domaine est en forte expansion, avec des applications pour des mémoires non-volatiles, à la mesure des forces très faibles, au ralentissement et au stockage d’impulsions lumineuses pour les mémoires quantiques, au transfert d’états quantiques entre photons et phonons, avec des retombées en information quantique. Ces dernières années, des chercheurs ont réussi à atteindre un régime dans lequel les effets de la rétroaction de la lumière sur le résonateur mécanique sont mesurables et peuvent même être utilisés pour contrôler son énergie mécanique, par exemple en le refroidissant. C’est dans ce cadre que des chercheurs de l’équipe « Acoustique pour les nanosciences » de l’INSP ont développé un modèle semi-analytique fondé sur la méthode des matrices de diffusion qui permet de prédire les modes acoustiques confinés dans des nano et micro-piliers. Le fort taux de couplage entre les modes acoustiques et optiques confinés dans une cavité réalisée à l’aide d’un super-réseau de GaAs/AlAs (Figure 1 a) fait de ce type de système un candidat prometteur pour réaliser des cavités opto-mécaniques.
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- Un nouvel état quantique de la matière : le gaz d’excitons superfluide - Actualité INP CNRS - 17 octobre 2017
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- Pentamères imbriqués de silicium : une organisation originale dans les nanorubans de Si/Ag(110)
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