RECHERCHE - INSTITUT DES SCIENCES DE LA LUMIÈRE

Modulateur électro-optique intégré dans le moyen infra rouge

 
Vue MEB d’un modulateur électro-optique intégré fonctionnant dans le moyen infra rouge.

La spectroscopie d’absorption dans la gamme spectrale du moyen infrarouge est une technique permettant de détecter et de quantifier la concentration de substances chimiques dans un milieu donné. Les dispositifs optiques dans cette gamme de longueur d’onde sont souvent basés sur des configurations en espace libre, les rendant encombrants et coûteux. L'intégration sur circuits intégrés photoniques de systèmes spectroscopiques complets aurait un impact majeur sur le développement de capteurs efficaces, portables et répandus. En particulier, les longueurs d'onde entre 5 et 12 μm sont d'un grand intérêt, car de nombreuses molécules importantes pour la santé ou pour la surveillance de la pollution (ex. ozone, alcanes) ont de fortes raies d'absorption dans cette bande spectrale. 
Dans ce contexte, le développement de modulateurs électro-optiques intégrés (EOM) fonctionnant dans cette gamme de longueurs d'onde est un élément essentiel, permettant par exemple d’amélioration la sensibilité de détection, via des systèmes de détection synchrone.
Des chercheurs du C2N, en collaboration avec le Politecnico Di Milano, ont démontré expérimentalement un modulateur électro-optique intégré, basé sur une plate-forme photonique SiGe à gradient d'indice. L’effet de dispersion des porteurs libres est utilisé pour moduler les propriétés de l’onde optique guidée. La modulation électro-optique est obtenue dans une large gamme spectrale allant de 6,4 à 10,7 μm de longueur d'onde. Par ailleurs un fonctionnement allant jusqu'à 225 MHz a pu être démontré. Ces résultats ouvrent la voie au développement de systèmes spectroscopiques compacts sur puce. 

Contact : Delphine Marris-Morini, delphine.morini@c2n.upsaclay.fr
Reference : Miguel Montesinos-Ballester, Lucas Deniel, Natnicha Koompai, Thi Hao Nhi Nguyen, Jacopo Frigerio, Andrea Ballabio, Virginia Falcone, Xavier Le Roux, Carlos Alonso-Ramos, Laurent Vivien, Adel Bousseksou, Giovanni Isella, and Delphine Marris-Morini, Mid-infrared Integrated Electro-optic Modulator Operating up to 225 MHz between 6.4 and 10.7 μm Wavelength, ACS Photonics 2022, 9, 1, 249–255,
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c01449

Amplification par résonance vibrationnelle dans une nano-cavité optomécanique thermo-optique
 

Schéma de principe de la résonance vibrationnelle avec un résonateur optomécanique présentant une non-linéarité thermo-optique. Un signal faible ainsi qu'un signal de control sont envoyé dans le système permettant l'amplification du premier signal cité.

Le mécanisme d'amplification d'un signal faible, ou résonance vibrationnelle, est activé en modulant un champ d'entrée à haute fréquence et en le soumettant à un système bistable. Dans ce contexte, nous présentons une première démonstration expérimentale d'amplification d’un signal optique de faible amplitude dans une nano-cavité optomécanique thermo-optiquement bistable, opérant dans le domaine des télécoms. Nous utilisons une plate-forme hybride entièrement intégrée comprenant un cristal photonique suspendu dont les vibrations mécaniques sont exploitées pour accéder aux propriétés thermiques du système. En utilisant la non-linéarité thermo-optique utile pour les composants accordables ou bien pour la réalisation de calculs élémentaires tout-optiques, une amplification du signal optique faible jusqu'à 16 dB a ainsi pu être obtenue. Au-delà du domaine optique, ces résultats publiés dans NanoLetters sont particulièrement bien adaptés aux applications de détection telles que la thermométrie.
 

Contact : Rémy Braive

Référence :
Guilhem Madiot¹, Sylvain Barbay¹, and Rémy Braive^1,2, Vibrational Resonance Amplification in a Thermo-Optic Optomechanical Nanocavity, Nano Lett. 2021, 21, 19, 8311–8316, DOI : 10.1021/acs.nanolett.1c02879,
¹Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/UPSaclay)
²Université de Paris

Absorption record dans les THz et à température ambiante dans des semi-conducteurs grâce aux propriétés des oscillateurs harmoniques

L'oscillateur harmonique est un concept fondamental de la physique : les pendules, les modes de vibration des molécules, les circuits électriques résonants et bien d'autres systèmes peuvent être modélisés comme des oscillateurs harmoniques. Compte tenu de l'étendue de son utilisation, la mise en œuvre expérimentale de tels oscillateurs - aussi fidèlement que possible - reste un défi de taille.

L'approche classique pour mettre en œuvre des oscillateurs harmoniques consiste à donner une forme parabolique au potentiel énergétique du système. L'obtention d'un tel potentiel dans des systèmes semi-conducteurs, où ce dernier est normalement régi par le réseau cristallin, présente le défi d'adapter le potentiel tout en maintenant une très haute qualité de matériau.
En utilisant une technique de croissance épitaxiale innovante, une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'université de Waterloo (Canada) et du C2N (France) a fait la démonstration de réseaux d'oscillateurs harmoniques sur une plateforme de semi-conducteurs en implémentant fidèlement des potentiels paraboliques avec des puits quantiques semi-conducteurs. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.

Référence :
C. Deimert, P. Goulain, J.-M. Manceau, W. Pasek, T. Yoon, A. Bousseksou, N. Y. Kim, R. Colombelli, and Z. R. Wasilewski, "Realization of Harmonic Oscillator Arrays with Graded Semiconductor Quantum Wells," Phys. Rev. Lett. 125(9), 097403 (2020).

Photodétecteur de haute efficacité en silicium-germanium pour les communications sur puce

Des chercheurs du C2N, en coopération avec le CEA LETI et STMicroelectronics, ont réalisé un photo-détecteur rapide à avalanche de haute efficacité en silicium-germanium. Le composant, de technologie de fabrication entièrement compatible avec celle de l’industrie électronique des semi-conducteurs, répond aussi aux standards actuels des réseaux de fibres optiques de télécommunications à haut débit de transmission.

Ces résultats, publiés dans la revue Optica, illustrent les perspectives de la nano-photonique sur puce pour les technologies optoélectroniques des communications de données. Compatibles avec les standards de signaux de télécommunications, en particulier pour la gamme de longueurs d’onde,  les performances de ces photo-détecteurs à avalanche silicium-germanium leur confèrent un éventail prometteur d’utilisations dans les liaisons fibrées, comme dans les centres de données, les serveurs cloud et l’informatique, ou encore et non des moindres dans les interconnexions à l'échelle de la puce.

Référence :
Daniel Benedikovic, Léopold Virot, Guy Aubin, Jean-Michel Hartmann, Farah Amar, Xavier Le Roux, Carlos Alonso-Ramos, Eric Cassan, Delphine Marris-Morini, Paul Crozat, Frédéric Boeuf, Jean-Marc Fédéli, Christophe Kopp, Bertrand Szelag, and Laurent Vivien, "40 Gbps heterostructure germanium avalanche photo receiver on a silicon chip," Optica 7, 775-783 (2020)

Une cascade vers la criticalité

Des chercheurs du C2N (CNRS/Université Paris-Saclay), du laboratoire PhLAM (CNRS/Univ. de Lille) et de l’ETH Zurich découvrent un nouveau mécanisme dans les structures quasi-périodiques, par lequel émerge la criticalité, une phase dans laquelle les ondes ne sont ni localisées ni délocalisées mais dans un état dit « critique ».

Les structures quasi-périodiques, qui présentent un ordre mais ne sont pas périodiques, sont à l'origine de beautés extraordinaires dans la nature, l'art et la science (irisation des ailes de papillons, art islamique, pavage de Penrose, etc.). Elles sont à la croisée des chemins entre systèmes périodiques et systèmes aléatoirement désordonnés. Pour les physiciens, l'ordre quasi-périodique est à la fois esthétiquement et intellectuellement fascinant. De nombreux processus physiques, tels que la localisation des ondes classiques et quantiques, qui sont bien décrits dans les structures périodiques, changent fondamentalement lorsqu'ils se produisent dans des systèmes quasi-périodiques. Une équipe internationale de chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS / Univ. Paris-Saclay), du laboratoire Phlam (CNRS / Université de Lille), et de l'ETH Zurich décrit, dans une publication dans la revue Nature Physics, un travail combinant expérimentation et théorie dans lequel ils explorent la localisation des ondes dans un nouveau type de structures quasi-périodiques, et découvrent un nouveau mécanisme par lequel la criticalité se développe.

Référence :
Goblot, V., Štrkalj, A., Pernet, N. et al. Emergence of criticality through a cascade of delocalization transitions in quasiperiodic chains. Nat. Phys. 16, 832–836 (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-0908-7

Nanomatériaux (Onda)

La plateforme nanomatériaux (Onda), à l’image de l’ONERA, se veut être un pont entre les besoins applicatifs, civils ou de la Défense, et le milieu académique. Un des objectifs est ainsi de pouvoir traduire les fonctionnalités offertes par les nanotechnologies en paramètres exploitables par les concepteurs de systèmes optroniques. 
La plateforme, riche de 4 permanents et environ 8 doctorants, rassemble les moyens et compétences nécessaires à la conception et la caractérisation de composants nanostructurés pour des applications infrarouge et THz.
Ces moyens techniques sont variés et vont :

• des outils de conception de nanostructures (code de simulation électromagnétique et d’optimisation)
• de la caractérisation structurale : ellipsomètre infrarouge, Microscope électronique, imprimante microploteur
• la mesure des propriétés optiques : Différents montage de spectromètres FTIR (sous microscope, sur gonimoètre, en transmission et reflexion). Nombreuses sources thermique (corps noir étendus, laser pulsés et continue et OPO accordables), spectrométrie THz-TDS
•  les propriétés opto-électroniques : cryostat sous pointes, mesures de réponses spectrale et angulaire).
• La caractérisation en champs proche (matériaux, dopage, champs électromagnétique, génération locale de charge,…): SNOM cryogénique pour le visible, le SWIR (1.06 et 1.55 µm), MWIR (super-continuum de 2 à 4.5µm, QCL de 3 à 4µm), LWIR (OPA de 5 à 15µm, QCL de 7 à 12 µm), THz-TDS (0.5-3THz).

La plateforme ONDA travaillent au développement de deux objectifs clefs : 

• D’une part le contrôle des interactions lumières matière par les nanostructures. Modifier, par exemple, les propriétés d’absorption, d’émission infrarouge, de localisation du champ électromagnétique. 
• D’autre part de répondre aux grands enjeux industriels de la photodétection: fournir des fonctions spectrales ou polarisantes, monter la température de fonctionnement d’un détecteur, améliorer la sensibilité ou la sélectivité de capteurs de gaz ou de molécules explosives. 

MIRCOS

La plateforme MIRCOS (Moyen Infrarouge Refroidi pour la Caractérisation d’Optiques et de Systèmes) a été initialement développée grâce à un financement A.S.T.R.E du Conseil Général de L’Essonne obtenu en 2015 et au soutien de la société Safran Reosc. Ses capacités ont ensuite été étendues grâce au soutien financier de la DGA et du Labex Focus (Focal Plane Array for Universe Sensing).

Cette plateforme vise à caractériser des  composants optiques et/ou détecteurs refroidis (élémentaires ou matriciels) en environnement cryogénique sous éclairage contrôlé dans le domaine infrarouge. Le cœur de cette plateforme est un cryostat refroidi à l’azote liquide, conçu comme une boîte à gants cryogénique, qui offre une capacité de mise au point de techniques de mesure innovantes lors de travaux de recherche (thèse, post-doc, ...) menés en collaboration avec des partenaires académiques ou industriels. Le cryostat du banc MIRCOS, permet donc : 

• de placer un détecteur (disposant de son propre refroidissement) et un ou plusieurs composants ou système optique dans une même enceinte sous vide ; ces éléments sont refroidis et isolés l’environnement thermique ambiant par un écran (peint en noir) monté sur la table froide afin de réduire le fond instrumental d’origine thermique.
• de contrôler le positionnement du ou des composants optiques (objectif, réseau diffractant, matrice de filtres, etc) grâce à des platines cryogéniques, au plus près du détecteur.

Ces caractérisations optiques (transmission, crosstalk, PSF optique) ou électro-optiques (réponse spectrale, PSF/FTM du détecteur ou système complet) peuvent être réalisées en utilisant différentes sources dans l’infrarouge (corps noir ou QCL en dans le moyen et le lointain infrarouge, spectromètre à transformée de Fourier).

Cette plateforme est valorisée dans le cadre de plusieurs thèses portant sur le développement de méthodes de mesure innovantes pour l’étude de la réponse spectro-spatiale de détecteurs à petits pixels (thèse d’E. Huard de Verneuil soutenue début 2020 et thèse de J. Gorée en cours) en partenariat avec le CEA/LETI, le CEA/IRFU/DAp. Elle a été présentée à deux conférences internationales aux Etats-Unis et a donné lieu à une publication dans une revue à comité de lecture. Elle sera valorisée prochainement dans le cadre de projets ANR.

Dans le domaine de la défense : 

• Accroitre l’efficacité des systèmes existants ou développer de nouveaux systèmes qui permettront de donner un avantage à notre défense : à titre d’exemple, les travaux dans le domaine de l’imagerie hyperspectrale s’inscrivent dans ce cadre,
• Apporter une aide à l’Etat sous forme d’expertise technique, notamment en disposant des données nécessaires à l’évaluation des performances des futurs systèmes, mais également en apportant une aide à la Maitrise d’Ouvrage assurée par la DGA,
• Soutenir la Base Industrielle et Technologique de Défense de notre pays, en transférant vers les industriels de nouvelles technologies, de nouveaux savoirs faire ou de nouvelles connaissances. 

Dans le domaine de l’aéronautique civile : 

• Augmenter la sécurité des vols par la conception de nouveaux capteurs optiques,
• Augmenter la sécurité des avions sur les aéroports ou à l’approche des aéroports. 

Dans le domaine de l’espace et des applications duales :

Mettre à la disposition de la communauté astronomique des instruments aux performances inégalées dans le domaine de l’optique adaptative,

• Transférer et adapter des technologies d’imagerie pour la médecine (imagerie rétinienne),
• Appliquer et étendre notre savoir-faire acquis en télédétection pour la défense au domaine industriel,
• Soutenir un réseau de PME innovantes. 

Mesures aéroportées avec le gravimètre à atomes froids du DPHY

En avril 2019, l’ONERA a réalisé en collaboration avec le GET, DTU et le Shom une nouvelle campagne de mesures aéroportées avec le gravimètre à atomes froids GIRAFE 2 qui est le seul instrument au monde capable de réaliser des mesures absolues de gravité en avion. Cette campagne soutenue par le CNES et l’ESA a été effectuée sur un ATR 42 avec le Service des Avions Français pour la Recherche en Environnement (SAFIRE). Des mesures de gravité ont été réalisées dans le golfe de Gascogne, dans les Pyrénées et en au large de Brest avec une précision améliorée par rapport à la dernière campagne aéroportée du gravimètre GIRAFE 2. Ces essais confirment l’intérêt de la technologie atomique pour la gravimétrie aéroportée qui est essentielle en géodésie et géophysique, et d’un grand intérêt pour l’étude de la transition terre/mer.

Plus de détail sur cet instrument dans la publication : Y. Bidel, N. Zahzam, C. Blanchard, A. Bonnin, M. Cadoret, A. Bresson, D. Rouxel & M.F. Lequentrec-Lalancette, « Absolute marine gravimetry with matter-wave interferometry », Nat Commun 9, 627 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-03040-2

Premiers tests en environnement d’un module de conversion de fréquence optique pour les applications Lidar spatial

Dans le cadre du projet ESA GENUIN, un module de conversion de fréquence optique pour les applications Lidar spatial a été développé.

Un nouveau design opto-mécanique du sous-ensemble OPO (Oscillateur Paramétrique Optique) a été réalisé au DPHY Île-de-France. Les premiers tests en vibration ont été menés avec succès sur ce design préliminaire. Des tests d’amplification ont été menés avec succès en lien avec KTH (Suède), pour amplifier l’énergie délivrée par cet OPO, en utilisant des cristaux non linéaires novateurs, qui ont fait aussi l’objet d’une première étude en environnement par le DPHY Toulouse. Les travaux sur ce sujet se poursuivent depuis 2019 dans le cadre du projet H2020 LEMON coordonné par Myriam Raybaut du DPHY.

Site web du projet LEMON : https://lemon-dial-project.eu/

Thermométrie CARS ps/s haute cadence pour l’étude de la combustion

Après quelques années d’effort concernant les développements du banc de combustion MICADO (Département MultiPhysique pour l’Energétique — DMPE — de l’ONERA) et de la technique de thermométrie CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) à haute cadence (DPHY), une première campagne de mesure associant les deux moyens a été réalisée durant l’été 2019.

Dans le cadre du projet SOPRANO (H2020 UE), des premières mesures CARS en régime hybride fs/ps ont été acquises à haute cadence (1 kHz) en condition opérationnelle dans l’air réchauffé (800 K), lors de la montée en pression (3-7 bar), puis au sein d’une combustion kérosène/air. Les mesures sont en cours d’exploitation et doivent permettre de caractériser le banc MICADO dédié à des activités de recherche en énergétique.

Site web du projet SOPRANO : http://www.soprano-h2020.eu/ 

L'étude "In Vivo Fast Nonlinear Microscopy Reveals Impairment of Fast Axonal Transport Induced by Molecular Motor Imbalances in the Brain of Zebrafish Larvae" met en lumière les déséquilibres des moteurs moléculaires dans le cerveau des larves de poisson-zèbre.

^{(a) Des NanoKTP (cube vert) sont micro-injectés dans le tectum optique de larves de poisson zèbre  (délimitées par une ligne en pointillés, zoomées dans l'encart de gauche). Une partie des NanoKTP est alors spontanément internalisée par les axones des neurones périventriculaires (PVN) (en bleu). (b) Balayage à deux photons de la région du tectum optique  fusionnant trois canaux de détection : tubuline acétylée immunomarquée (colorant rouge émettant, marquant les axones), noyaux cellulaires marqués (bleu) et SHG des nanoKTP (points verts). Barre d'échelle : 10 µm. Cette image composite montre qu'une fraction du nanoKTP se colocalise avec les axones présents dans la même coupe transversale du cerveau (en particulier dans l'axone entouré de la ligne blanche en pointillés).}

👥 Une collaboration entre Grimaud B, Frétaud M, Terras F, Bénassy A, Duroure K, Bercier V, Trippé-Allard G, Mohammedi R, Gacoin T, Del Bene F, Marquier F, Langevin C et Treussart F.

🔬🧠 Cette étude promet d'ouvrir de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes de transport axonal.

📖 Lien vers l'article : ACS Nano 

Nouvelle research uncovered: Roscovitine Worsens Mycobacterium abscesses Infection

🦠🔬Cette étude passionnante réalisée par Le Moigne et al. a révélé que la Roscovitine pourrait avoir un impact négatif sur les infections à Mycobacterium abscessus. En réduisant la réponse des neutrophiles médiée par DUOX2, elle pourrait aggraver la progression de l'infection.

📚La compréhension approfondie de ces mécanismes est cruciale pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. Bravo à l'équipe de recherche pour cette avancée majeure dans la lutte contre les infections bactériennes résistantes !

📖 Lien vers l'article : AJRCCM

Des avancées prometteuses pour la compréhension et le traitement des maladies cardiovasculaires.

📌 L'étude, "Deficiency in HHT-associated Endoglin elicits hypoxia-driven congestive heart failure in zebrafish" menée par E. Lelièvre, C. Bureau, Y. Bordat, M. Frétaud, C. Langevin, C. Jopling et K. Kissa, explore les effets de la déficience en Endogline sur le développement de l'insuffisance cardiaque congestive liée à l'hypoxie chez le poisson-zèbre.

👉Ces résultats prometteurs ouvrent la voie à de nouvelles possibilités de compréhension et de traitement des maladies cardiovasculaires, en particulier celles liées à la HHT (Télangiectasie Hémorragique Héréditaire).

📚 Pour en savoir plus, consultez l'article complet : Dis Model Mech

ADEME EcoXtract®Protéines : 

Mise sur le marché de l’alimentation animale d’une solution d’extraction 100% biosourcée, comme alternative à l’utilisation de l’hexane. L’IERP est en charge de déterminer l’impact de ces nouveaux procédés sur la santé des poissons par la mise au point de nouvelles méthodes d’histologie 3D (imagerie lightsheet d’organes transparisés et anatomopathologie).

ProbAVir :

Dans la continuité des travaux récemment publiés (Grimaud et al.) en collaboration avec LUMIN, le projet vise à étudier la physiopathologie de deux virus neurotropes (Sindbis et VSV) en modèle poisson zèbre en mesurant l’impact de l’infection sur le transport axonal et l’activation microgliale (Financement Bioprobes). L’IERP a développé ces modèles d’infection virale et le projet bénéficiera de la méthode de traçage in vivo du transport axonal, basée sur le suivi de nanoparticules optiquement actives dans le système nerveux central des larves de poisson zèbre. 

AquaNanoTox :

Impact des plastiques de l’environnement sur la santé des poissons. (Financement GDR Imabio). Les micro/nanoplastiques (M/NP) sont des particules issues de la décomposition de déchets plastiques dans l’environnement. De composition, de taille et de forme variable, ils sont mal caractérisés dans le vivant, faute de moyens de détection adaptés. Le projet a permis l’établissement de modèles poisson zèbres exposés à différents plastiques (PE, PP) pour 1/définir l’impact sur la santé du poisson (développement, croissance et inflammation) et 2/mettre au point des méthode de détection des M/NPs in vivo sans marquage. Les travaux ont permis d’observer les M/NPs dans l’intestin des larves exposées par réflexion en imagerie à fluorescence et des expériences sont en cours pour corréler ces données à l’imagerie Raman (mise au point sur cellules). Ce projet interdisciplinaire regroupe 2 laboratoires de l’institut PsiNano : IERP et NIMBE ainsi que l’unité BFA, UMR 8251 (imagerie Raman in vivo).

Des progrès sur l’accumulation de charges dans les photocatalyseurs bioinspirés pour la réduction du CO₂

Grâce à la collaboration entre des chercheurs de l'I2BC,  l'ICMMO et de l'ISMO, il a été démontré que les catalyseurs à base de porphyrine ferreuse fonctionnalisée à l'urée, développés précédemment pour l'électrocatalyse du CO₂, pouvaient être utilisés avec succès dans une approche photocatalytique. La réaction induite par la lumière se produit en une seule étape de transfert d'électrons pour former l'état actif du catalyseur, au lieu de deux étapes.

Plus d'infos 

Lien vers l'article : Angew. Chem. Int. Ed.

Coopérativité bimétallique bio-inspirée par un espaceur de liaison hydrogène dans la réduction du CO₂

L'équipe de recherche de l'I2BC et de l'ICMMO a conçu un nouveau catalyseur moléculaire mettant en œuvre un complexe de fer bimétallique avec une deuxième sphère de coordination dotée d'interactions hydrogène multipoints. 

Ils ont découvert que, immobilisé sur une électrode en papier carbone, le catalyseur dinucléaire améliore la réduction hétérogène du CO₂ en CO dans l'eau jusqu'à quatre fois, avec une sélectivité et une stabilité améliorées par rapport à l'analogue mononucléaire. En outre, lorsque l'un des deux centres de fer est remplacé par un métal Zn inactif sur le plan redox, une activité similaire est observée, ce qui remet en question l'action coopérative des deux métaux. Les clichés de la structure aux rayons X indiquent que les deux unités de métalloporphyrine liées à l'urée constituent un bon compromis entre rigidité et flexibilité pour permettre la capture, l'activation et la réduction du CO₂.

Lien vers l'article : Agew. Chem. Int. Ed.

Bientôt : une plateforme de spectroscopie vibrationnelle ultrarapide

Le projet de mise en place d'une plateforme de spectroscopie vibrationnelle ultrarapide est sur les rails (2023) : ce projet concerne un banc de mesure capable de mesurer simultanément des signaux transitoires d'absorption et de Raman avec une résolution de 150 femtosecondes. Il sera mis en œuvre en octobre 2023 à Gif sur Yvette. Associé à un module de fluorescence d'une résolution temporelle légèrement plus lente (500 fs), il constituera à terme une plateforme unique au monde pour l'étude physico-chimique des états excités photoinduits.

Un des résultats remarquables obtenus par MAP est la mise en évidence d'une photo-sensibilité à la polarisation lumineuse de la photo-précipitation de nano-cristaux qui peuvent être ainsi orientés, ouvrant une voie nouvelle en science des matériaux par laser (2 propositions de brevet).

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Un autre résultat surprenant est la mise en évidence de propriétés optiques circulaires là où il ne devrait pas y en avoir ! Plus précisément, les travaux de MAP ont montré que le laser femtoseconde qui produit a priori un faisceau achiral (polarisation linéaire du laser), est capable de briser l’achiralité d’un matériau comme le verre de silice, même sous une géométrie d’expérience achirale (incidence normale), ceci constituant alors une violation apparente de parité (Light: Science & Applications 5, 16178 (2016) IF-14,6). 

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MAP s’intéresse depuis plusieurs années à l’interaction entre la matière et les impulsions laser femtosecondes de fortes puissances. Ces études, financées par des projets (européens, ANR et industriels) ont donné d'autres résultats comme la preuve d'une décomposition ultra-rapide de la silice (en 160 fs !) à l’origine de l’une forte biréfringence élucidée par analyse fine en microscopie électronique  et Raman (Laser Photonics Rev. 7, 953 (2013) IF-8). Cette biréfringence de forme est orientable à la demande avec la polarisation du laser et permet d’inscrire des composants optiques biréfringents 2D ou 3D à la demande comme des convertisseurs de polarisation, de réseaux de microlames d’onde ou encore de rotateurs achromatiques et ouvrant la voie à la réalisation de faisceaux dont la polarisation peut être structurée non seulement dan la section transverse du faisceau mais aussi longitudinalement.

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Plateforme ELYSE

La vocation de l’accélérateur d’électrons ELYSE exploitée depuis 2005 est de déclencher dans un temps très court les phénomènes physiques et/ou chimiques engendrés par le passage d’un faisceau d’électrons de haute énergie, ou de faisceaux de laser, afin de pouvoir les observer par des méthodes de détection résolues en temps. Le Centre de Cinétique Rapide ELYSE est fondé sur un accélérateur d’électrons de 3 et 9 MeV, délivrant des impulsions de 5 à 10 picosecondes. Les électrons sont générés par une photocathode, et le processus d’émission d’électrons par le semi-conducteur est déclenché par un laser impulsionnel femtoseconde. Ce laser est aussi utilisé pour générer des impulsions de lumière qui permettent de sonder les phénomènes ultrarapides à différentes échelles de temps, souvent par spectrophotométrie UV-Vis-NIR. Le laser femtoseconde d’ELYSE est aussi utilisé pour deux autres expériences : réactivité en phase condensée par photolyse femtoseconde, et plateforme de spectroscopie THz exploité par la startup TERATONICS. La structure temporelle du faisceau d’électrons et les outils de diagnostic font d’ELYSE une plateforme unique en Europe. L’accélérateur est équipé de systèmes de détections optiques les plus performants, dont certains, entièrement originaux, n’existent que sur cette installation. Deux systèmes de détection, Streak Camera et pompe-sonde, sont respectivement utilisés pour les lignes dites déviée et directe. Ce Centre est largement ouvert à la communauté scientifique. Plusieurs équipes de l’ICP, des équipes de l’Université Paris-Saclay et des équipes venant d’autres pays utilisent donc également les montages de la radiolyse impulsionnelle. En moyenne, environ 8 publications par an dans des revues internationales de haut impact (IP > 3) ont été réalisées grâce aux équipements d’ELYSE. Les coûts de fonctionnement et de petits équipements sont de l’ordre de 115 k€/an, cofinancés par des ressources propres (ANR notamment) et l’Université Paris-Saclay qui soutient la plateforme de façon pérenne annuelle depuis 2020. Elyse fait également partie du réseau EMIR&A (Réseau national d’accélérateurs pour l’irradiation et l’analyse des molécules et matériaux).

Plateforme CLIO 

CLIO signifiait à l’origine « Collaboration pour un laser infrarouge à Orsay », collaboration entre le LURE et le LAL qui ont construit le laser à électrons libres (LEL) de 1988 à 1991. En 2005, suite à la fermeture du LURE, CLIO a été rattaché à l’ICP. Les deux principaux éléments du LEL sont l’accélérateur linéaire, qui produit des faisceaux d’électrons d’énergie ajustable de 10 à 45 MeV, et l’onduleur intégré à la cavité optique qui permet de générer les photons infrarouges. L’ajustement du champ magnétique de l’onduleur permet une accordabilité continue de l’énergie des photons à une énergie d’électrons donnée. Seuls trois autres LEL au monde, à l’Université de Nimègue, à l’institut Fritz Haber de Berlin et à l’Helmholtz-Zentrum de Dresde, permettent également l’ajustement du champ magnétique de l’onduleur. Qui plus est, CLIO présente la spécificité de pouvoir produire simultanément deux faisceaux infrarouges à 2 longueurs d’onde différentes entre 4 et 40 μm. La durée de ces impulsions est de l’ordre de la picoseconde, et ils sont naturellement synchronisés à la picoseconde sur les deux couleurs. Des montages expérimentaux sont installés de façon permanente et couplés au LEL. Chaque montage est également équipé d’un laser de type oscillateur paramétrique optique (OPO) fonctionnant de 2 à 5 μm, complétant la gamme spectrale de CLIO (5-150 μm). 30 à 35 semaines de faisceau/an sont proposées aux utilisateurs. Le temps de faisceau distribué par an est de l’ordre de 2000 heures. Un comité de programme se réunit une fois par an pour examiner les projets de recherche. L’accueil des utilisateurs européens est soutenu via des contrats de type « access to infrastructures », le LEL CLIO faisant partie d’un consortium de synchrotrons et de LEL. Depuis mai 2016, le réseau Trans National Access (TNA) intitulé CALIPSOPlus (Convenient Access to Light Sources Open to Innovation, Science and to the World) est soutenu dans le cadre du programme européen Horizon 2020 (n°730872). Le montage permanent actuel couplé à CLIO est le suivant :
- SMAS : Caractérisation structurale d’ions au sein d’un spectromètre de masse basée sur la spectroscopie infrarouge. On parle de spectroscopie d’action IRMPD (Infrared Multiple Photon Dissociation) car on sonde la fragmentation induite par absorption infrarouge. 

Systèmes complexes: dessine-moi la réponse optique

S’il est relativement simple de décrire la manière dont un atome, une molécule ou un solide absorbe, émet, ou diffuse une lumière, l’exercice se révèle beaucoup plus délicat pour les systèmes hybrides ou composites. C’est pourquoi des scientifiques de l’Institut de chimie physique (CNRS/Université Paris-Saclay) et du laboratoire GRASP-Biophotonics (Université de Liège, Belgique) proposent une approche originale utilisant des principes fondamentaux de la physique du solide, qui permet de décrire l’ensemble des processus à l’œuvre lors de l’interaction lumière - système composite, en incluant explicitement les interactions entre ses différents composants, donnant ainsi accès à des informations uniques sur leur composition et leur structure (Communiqué CNRS 2022).

Références  : Phys. Rev. A et Phys. Rev. B.​​​​​​

Pt atomiquement dispersé dans du TiO_2x/Cu_xO noir avec une nanostructure en forme de spirale pour la génération de H₂ dans la lumière visible

L’élaboration d’un nouveau matériau TiO_2-x/Cu_xO décoré avec des atomes de Pt est décrite. Ce matériau présentant des vacances d’oxygène et dont l’architecture est sous forme chirale, permet d’obtenir des propriétés améliorées de la collecte de la lumière visible grâce à l’augmentation de la réflection interne de lumière. Les atomes de Pt ont été déposés à la fois sur le TiO_2-x and sur les nanoparticules Cu_xO formant un alliage à l’échelle atomique. Cette optimisation structurelle confère au photocatalyseur une excellente capacité à capter la lumière dans la région visible, ce qui en fait un photocatalyseur prometteur actif dans le domaine du visible.

Cet article a été choisi pour illustrer la couverture du journal Solar RRL.​​​​​​

L’astéroïde Ryugu contient les briques de bases nécessaires à la vie

Le vaisseau spatial Hayabusa2 (JAXA, agence spatiale japonaise) a collecté entre 2018 et 2019 des échantillons de la surface de Ryugu, un astéroïde carboné proche de la Terre et les a ramenés sur Terre en 2020, en les préservant de toute contamination. Cet article récemment paru dans la revue Science présente les résultats initiaux d'un consortium international, notamment pour la France à l'Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Grenoble Alpes/CNES), à l’Institut de chimie physique (CNRS/Université Paris-Saclay) et au Laboratoire de physique des interactions ioniques et moléculaires (CNRS/Aix-Marseille Université), ayant réalisé l'analyse de la matière organique soluble accessible dans 3 grains. Les échantillons de Ryugu portent des traces de l'origine du système solaire et offrent une vision de la matière organique disponible à l'origine de la vie. Ils contiennent une variété de molécules contenant les atomes CHNOS, formés par des réactions de méthylation, d'hydratation, d'hydroxylation et de sulfuration. Les composésdétectées sont compatibles avec une origine abiotique et sont probablement issus d'une réaction aqueuse au sein du Ryugu primordial.

Lien vers l'article : Science 

Formation et évolution de l'astéroïde carboné Ryugu : Preuve directe à partir d'échantillons retournés

La mission japonaise Hayabusa2 de la JAXA a rapporté des échantillons de l'astéroïde primitif carboné Ryugu. Les analyses de ces échantillons par une équipe de recherche internationale comprenant des scientifiques du CNRS-INSU et du CNRS-IN2P3, avec le support du CNES, ont permis de proposer un scénario de l'histoire de Ryugu, incluant sa formation lors de la fragmentation de son astéroïde parent. Les échantillons de Ryugu contiennent des minéraux (silicates hydratés, carbonates, magnétite) ainsi que des matériaux organiques et de l'eau carbonatée. Une petite proportion des minéraux de la surface de Ryugu se sont formés proche du Soleil. Ryugu a une composition remarquablement similaire à la météorite d'Orgueil, tombée en France en 1864, qui est conservée au MNHN à Paris. Orgueil appartient à une classe rare de météorites, elle est utilisée comme référence pour la composition moyenne du système solaire. Les échantillons de Ryugu offrent ainsi un aperçu unique sur ce type de matériau primitif.

Lien vers l'article : Science

Conséquences de l'activité constitutive de NOX2 dans les cellules vivantes : Acidification du cytosol, apoptose et peroxydation lipidique localisée

La NADPH oxydase (NOX2) est une enzyme clé du système immunitaire dont l’activité conduit à la production de formes réactives de l'oxygène (FRO) trés toxiques. NOX2 est composé de six protéine, 2 membranaires (gp91 et p22) et 4 cytosoliques (p67, p47, p40 et Rac). L’activation de NOX2 repose sur l'assemblage des protéines cytosoliques avec gp91 et p22. Les chercheurs ont conçu une protéine chimérique composée des domaines essentiels de p47 (acides aminés 1 à 286), p67 (acides aminés 1 à 212) et Rac1Q61L. Ce trimère, dès qu’il est présent dans les cellules, permet d’activer NOX2 sans stimulus et de produire de manière intense et continue des FROs. En utilisant ce trimère, nous avons étudié les conséquences d’une activité continue de NOX2 sur la physiologie cellulaire en déployant un arsenal de stratégies de spectro-microscopie, toutes disponibles à l’ICP sur les plateformes MUSIICS et SpICy. Nous avons montré que cette activité soutenue entraîne une acidification du pH intracellulaire, déclenche l'apoptose et conduit à une peroxydation locale des lipides dans la membrane par AFM-IR. Ces dommages locaux à la membrane sont en fortement corrélés avec la tendance du trimère à former des clusters dans la membrane cellulaire, comme nous l’avons observé par microscopie FRET-FLIM.

Lien vers l'article : BBA - Molecular Cell Research

Algorithme de Smolyak adapté à une séparation système-bain : Application à une molécule encapsulée avec des mouvements de grande amplitude

Les études quantiques du mouvement des noyaux avec des méthodes utilisant une représentation sur une grille sont généralement limitées aux petits systèmes, i.e. moins de dix degrés de liberté. Depuis une dizaine d'années, les approches de type Smolyak "sparse grid" permettent de lever partiellement cette restriction en permettant l'étude de systèmes de quelques dizaines de degrés de liberté. Dans cette étude, nous avons proposé la combinaison d’une approche de type Smolyak et d'une séparation de l'objet étudié en une contribution traitée avec précision et d'une contribution traitée moins précisément. Cette approche permet d'étudier quantiquement des objets jusqu'à une centaine de degrés de liberté et ceci sans limitation quant à l'expression de l'Hamiltonien. L'efficacité de cette approche est illustrée en simulant les mouvements d'une molécule H₂ encapsulée dans des clathrates hydrates. Plus précisément, les modes décrivant la translation et la rotation de H₂ sont décrits avec précision et sont couplés avec ceux des molécules d'eau de la première couche de la cage. Nos résultats ont confirmé le faible couplage des molécules d'eau et de H₂.

Lien vers l'article : J. Chem. Theory Comput. 

Produits finaux de l'oxydation à un électron de dipeptides cycliques contenant de la méthionine étudiés par spectroscopie IRMPD: Le radical libre choisit-il le composé final ?

Les espèces réactives de l'oxygène (ROS) telles que le peroxyde d'hydrogène et le radical hydroxyle ont des fonctions spécifiques dans les processus biologiques, tandis que leur production incontrôlée et leur réactivité sont connues pour être des facteurs déterminants dans certaines pathologies. Les résidus contenant la méthionine agissent comme des antioxydants endogènes lorsqu'ils sont oxydés en méthionine sulfoxyde (MetSO), épuisant ainsi les ROS et protégeant la protéine. Ils jouent de cette façon un rôle clé dans le bon fonctionnement de l’organisme. Dans cette étude qui implique trois équipes de l’Institut de Chimie Physique, nous avons caractérisé par spectrométrie de masse et spectroscopie IRMPD (IR Multiple Photon Dissociation) en utilisant le laser à électrons libres CLIO (Centre Laser IR d’Orsay) avec l’aide de calculs de chimie quantique les produits d’oxydation des dipeptides cycliques contenant la méthionine. Notre objectif était d’identifier le site d’oxydation et la structure dans ces peptides modèles de l’intérieur de la protéine et de comprendre la relation entre la structure du radical libre formé lors de la première étape du processus d'oxydation et le composé final. 

Lien vers l'article : J. Phys. Chem. B 

Contrôle par la lumière de la dynamique des électrons dans un nanocircuit métallique

Crédit : ISMO, équipe Nanophys

En utilisant la lumière, nous avons montré – en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Luxembourg, de l’Université de Konstanz (Allemagne) et du CFM (San Sébastien, Espagne) - qu’il était possible de contrôler la dynamique des électrons dans un nanocircuit métallique à des échelles spatiale et temporelle atomiques. L’avantage de la lumière est qu’elle oscille à des fréquences qui sont un million de fois plus élevées que celles obtenues dans l’électronique basée sur silicium. Le contrôle d’un circuit à des fréquences optiques a donc un potentiel énorme pour révolutionner le traitement de données et l’informatique dans le futur. 

Publication :
Ludwig, M., Aguirregabiria, G., Ritzkowsky, F. et al. Sub-femtosecond electron transport in a nanoscale gap. Nat. Phys. 16, 341–345 (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-019-0745-8
 

Révéler la position en 3D de molécules à l’échelle nanométrique dans des échantillons biologiques

Crédit : ISMO, équipe NanoBIO

Révéler la position tridimensionnelle de molécules avec des précisions nanométriques uniformes est aujourd’hui possible quelle que soit la profondeur à l’intérieur de l’échantillon biologique grâce à un nouveau concept dans le processus de localisation des molécules uniques.
En substituant l’illumination uniforme de l’échantillon classiquement utilisée, par une illumination structurée variant rapidement au cours de temps, l’émission de fluorescence des molécules est alors modulée temporellement, et révèle intrinsèquement la position de chacune des molécules. Cette technique appelée ModLoc pour « Modulated Localization », permet d’atteindre des précisions axiales proches de la taille des biomolécules (6.8 nm). Les développements en microscopie optique dite de super-résolution visent à pouvoir reproduire de façon fidèle l’organisation en 3D des protéines localisées à plusieurs dizaines de micromètres dans des échantillons complexes.
ModLoc peut s’implémenter sur tout microscope optique et ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour la biologie fondamentale ou le diagnostic médical, où le besoin de comprendre la localisation en 3D de molécules est un enjeu majeur de la recherche d’aujourd’hui. ModLoc est protégé par un brevet CNRS.

Publication :
Jouchet, P., Cabriel, C., Bourg, N. et al. Nanometric axial localization of single fluorescent molecules with modulated excitation. Nat. Photonics (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-020-00749-9

Mapping Lamb, Stark, and Purcell Effects at a Chromophore-Picocavity Junction with Hyper-Resolved Fluorescence Microscopy

Crédit : ISMO, équipe Nanophys

Sharp metallic tips can be used to provide atomic-scale optical resolutions by leveraging the sensitivity of molecular fluorescence to electromagnetic fields. In a joint effort, researches from ISMO, CFM (San Sebastian, Spain) and IPCMS studied the light emission from the molecule in the junction of the scanning tunneling microscope. Here, tunneling electrons excite the molecule which emit photons. Combining theory and experiment we could show that the spatial maps of the width of the fluorescence line reveal the oscillating transition charge density within the excited molecule. Simultaneously the maps of the energy of the fluorescence line can be used to probe the redistribution of the charges within the molecule upon deexcitation. This technique is particularly suited to study the basic building blocks of next-generation organic light-emitting diodes, organic solar cells, or sources of non-classical light for quantum technologies.

Publication :
Mapping Lamb, Stark, and Purcell Effects at a Chromophore-Picocavity Junction with Hyper-Resolved Fluorescence Microscopy
Anna Rosławska, Tomáš Neuman, Benjamin Doppagne, Andrei G. Borisov, Michelangelo Romeo, Fabrice Scheurer, Javier Aizpurua, and Guillaume Schull
Phys. Rev. X 12, 011012

Canne Blanche Électronique Tom Pouce

Tom Pouce III est équipé de deux types de capteurs : un capteur infrarouge à LED et un capteur laser. Le capteur laser, qui est un télémètre laser à triangulation, permet une détection très précise grâce à un faisceau laser fin. Quant au capteur infrarouge, il a un champ de détection plus large. Ce champ de détection infrarouge forme un cylindre de révolution autour de l'axe du laser pour une détection frontale.

Les deux types de capteurs, la détection laser et la détection infrarouge à LED, fonctionnent indépendamment l'un de l'autre et sont complémentaires. Pour fusionner les deux rétroactions, une simple fonction logique "OU" est utilisée. Ainsi, si un capteur détecte un obstacle et que l'autre capteur ne détecte pas d'obstacle, le système conclut qu'il y a un obstacle.

Démonstration de ses capacités dans une courte vidéo ici

Accord des interactions dipolaires et du refroidissement par évaporation dans un gaz quantique moléculaire 3D

En collaboration avec le JILA, nous démontrons des interactions dipolaires élastiques accordables dans un gaz en vrac tridimensionnel de molécules de ⁴⁰K⁸⁷Rb ultragélifiées, facilitées par une résonance de blindage induite par un champ électrique qui supprime la perte réactive par un facteur de 30. Cette amélioration du rapport des collisions élastiques aux collisions inélastiques permet une thermalisation directe. Le taux de thermalisation dépend de l'angle entre l'axe de collision et l'orientation dipolaire contrôlée par un champ électrique externe, une manifestation directe de l'interaction dipolaire anisotrope. Nous parvenons à un refroidissement évaporatif médié par les interactions dipolaires en 3D. Ce travail démontre un contrôle complet d'un système de gaz quantique volumique à longue durée de vie avec des interactions à longue portée réglables, ouvrant la voie à l'étude de la physique quantique à nombreuses particules collective.

Lien vers l'article: Nature

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PIT

La Plateforme d'Intégration et de Tests (PIT) de l'Observatoire de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines, sous la co-tutelle de l'UVSQ et du CNRS, a trois fonctions principales :

• Elle coordonne le développement de systèmes d'observation, 
• Facilite la mutualisation des ressources techniques,
• Met à disposition des installations pour l'intégration et les essais d'instruments.

Ce positionnement unique vise à simplifier et à optimiser le développement instrumental, en particulier pour les phases finales d'intégration et de tests souvent complexes à gérer au niveau d'un laboratoire.

Nouveau nano-satellite (INSPIRE-SAT 7)

Dédié à l’observation de variables climatiques essentielles et au sondage de l’ionosphère,  INSPIRE-SAT 7 nano-satellite pesant environ 2 kg sera mis en orbite en 2023.

Ce nano-satellite réalisera des observations pendant au moins deux ans à une altitude d’environ 550 km. Il rejoindra UVSQ-SAT pour former la première constellation de CubeSats dans l’espace dédiée à l’étude du climat de la Terre. INSPIRE-SAT 7 réalisera des mesures du bilan radiatif de la Terre. Il observera l’impact des perturbations ionosphériques telles que les éruptions solaires et les orages magnétiques sur les ondes à haute fréquences et leurs fréquences d’apparition. INSPIRE-SAT 7 mesurera le rayonnement solaire dans le domaine de l’ultraviolet. Il cherchera aussi à mettre en orbite le premier module LIFI (technologie de communication sans fil basée sur l'utilisation de la lumière LED) à bord d’un CubeSat. Enfin, il intégrera à son bord une charge utile radio amateur. Ce nouveau dispositif offrira une possibilité de communication entre radio amateurs à l’échelle du globe.

Lidar spatial AEOLUS pour mesures des vents

L'objectif de la mission AEOLUS de l ‘Agence Spatiale Européenne (ESA) est de réaliser des mesures du vent à l'échelle mondiale à l'aide d'un lidar spatial afin d'améliorer les prévisions météorologiques.

Le lidar comporte 2 voies de mesures, les voies Rayleigh et les aérosols, s’appuyant respectivement sur la diffusion de la lumière laser par les molécules de l’air et par les particules en suspension dans l’air.

La méthode Rayleigh découle directement de la technique développée par notre laboratoire (brevet CNRS), qui utilise un interféromètre de Fabry-Pérot à double zone pour effectuer un filtrage optique fin. Cette méthode est mise en œuvre sur les deux lidars sol de l'OHP et de l'Observatoire de Physique de l'Atmosphère (OPAR) de la Réunion.

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Spectromètre UV PHEBUS 

PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy) est un double spectromètre optique couvrant les gammes spectrales de l'extrême ultraviolet (EUV : 55-155 nm) à l'ultraviolet lointain (FUV : 145-315 nm). Embarqué sur la sonde Bepi-Colombo / ESA à destination de Mercure (arrivée prévue en 2026), il est dédié à la caractérisation de la composition et de la dynamique de l'exosphère de la planète, ainsi qu'aux interactions entre la surface et l'exosphère.

Par rapport à ses prédécesseurs (par exemple MESSENGER / NASA), PHEBUS a la spécificité d'être sensible aux très courtes longueurs d'onde, ce qui nous permet pour la première fois d'étudier l'environnement de Mercure jusqu'à 55 nm, et donc de détecter des espèces supplémentaires telles que des métaux (Si, Mg, Fe), des gaz rares (Ar, Ne) et des traces d'hydrogène et d'hélium dans l'exosphère.

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Spectro-imageur UV VenSpec-U

VenSpec-U sera le canal ultraviolet de la suite instrumentale VenSpec à bord de la sonde EnVision / ESA qui arrivera en orbite autour de Vénus en 2035. Il surveillera les espèces mineures soufrées (principalement SO et SO₂) et l'absorbeur UV encore inconnu au-dessus des nuages supérieurs. Il étudiera comment la haute atmosphère interagit avec la basse atmosphère, et caractérisera notamment dans quelle mesure les processus de dégazage tels que les panaches volcaniques sont capables de perturber l'atmosphère à travers les épais nuages vénusiens.

Actuellement en cours de conception, il consistera en un imageur spectral sur deux canaux (résolution spectrale de 0,3 nm dans la plage 205-235 nm ; 2 nm dans la plage 190-380 nm) fonctionnant au nadir depuis l'orbite quasi-polaire d'EnVision.

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CeMOX

Décharges Impulsionnelles Hyper-Puissance à configuration magnétron (HyPIM)

Une question ouverte en physique des décharges, jusqu’à présent, est le fonctionnement d’un plasma en mode luminescent, mais avec des densités de courant qui dépassent les 10 Acm^-2.

Nous avons trouvé les conditions pour un tel fonctionnement, parfaitement distinct du régime anormal, mais aussi du bien connu arc électrique. Ce régime est caractérisé par des très fort courants, typique pour les arc électriques (jusqu’à 50 Acm^-2), tout en préservant l’opération en mode luminescent (‘glow’), c’est-à-dire sans formation de spots cathodiques, sans éjectas de particules, et surtout sans chute de la tension en deçà de 100V.

Ce nouveau mode a été nommé HyperPuissance Hyper Power Impulse Magnetron (HyPIM glow discharge). En effet, en diminuant la tension de 2/3 par rapport au HiPIMS, le courant de décharge dans une même configuration E x B de type magnétron, le courant de décharge augmente d’un facteur 6 par rapport au mode HiPIMS couramment enregistré. Clairement, ces points de fonctionnement se trouvent dans la région typique de l’arc électrique, comme le montre la figure ci-dessous (points bleu).

Lien vers l'article : Euro. Phys. Lett.

Les phénomènes d’interférence destructive peuvent servir à contrôler l’absorption d’énergie laser dans des matériaux super-réfléchissants, tel le Cuivre

Nous avons montré que le revêtement de carbone nanocristallin amorphe (a-C) d'une épaisseur nanométrique appropriée réduit considérablement la réflectance du Cu en raison d'interférences et de pertes destructives.

Les résultats peuvent atteindre une réduction de 80% pour des films a-C ultraminces spécifiques. Cela représente les points de réflectance minimale (MR) variant en fonction de la longueur d'onde. L'épaisseur de MR varie de 25 à 65 nm dans la plage de travail de cette étude. Les sources de divergences entre le modèle et les mesures incluent la rugosité du substrat et la croissance inhabituelle de la réflectance du Cu pour les longueurs d'onde plus courtes. La spectroscopie Raman a confirmé la présence de graphite nanocristallin dans les films a-C, améliorant potentiellement l'absorption. Les films a-C sont écologiques et légers, adaptés à un dépôt de processus scalable. Il est applicable à des fins d'absorption d'énergie telles que le laser.

Lien vers l'article : ACS Appl. Electron. Mater.

On the role of helium metastable (2³S₁) measured by Time Resolved Tunable Diode Laser Spectroscopy (TR-TD-LAS) in high current magnetron discharge

Auteurs : A. El Farsy, E. Morel, T. Minea, Y. Rozier, 

Journal : Plasma Sources Sci. Technol. - Letter to Editor –  31 (2022) 12LT01

DOI : 10.1088/1361-6595/acacc4

Dynamic features of the electron drift and electron properties in a HiPIMS discharge

Auteurs : T. Dubois, S. Tsikata, T. Minea

Journal : Plasma Sources Sci. Technol. 31 (2022) 115018; 

DOI : 10.1088/1361-6595/ac9c2b 

From meniscus formation to accelerated H^- beam: coupling of 3D-PIC and ion-optics simulations

Auteurs : M. Lindqvist, N. den Harder, A. Revel, S. Mochalskyy, A. Mimo, R. Nocentini, T. Minea, U. Fantz

Journal : Nucl. Fusion 62 (2022) 126068; 

DOI: 10.1088/1741-4326/ac9c6f

Plasma power balance: methodology and investigations of microwave capillary discharges

Auteurs : F. Coquery, O. Leroy, T. Minea, and G.D. Stancu 

Journal : Plasma Sources Sci. Technol. 31 (2022) 055003; 

DOI : 10.1088/1361-6595/ac6691

On the population density of the argon excited levels in a high-power impulse magnetron sputtering discharge 

Auteurs : M. Rudolph, A. Revel, D. Lundin, N. Brenning, M. Raadu, A. Anders, T. Minea, JT Gudmundsson

Journal : Physics of Plasmas, 29 (2022), Issue 2; 023506, 

DOI: 10.1063/5.0071887

Equipe PULS “Phénomènes Ultrarapides Lumière-Solides”

L’activité de l’équipe PULS (Phénomènes Ultrarapides Lumière-Solides) est centrée sur le développement de nouvelles méthodes utilisant des impulsions laser ultrarapides pour l’étude des matériaux quantiques. Les projets de recherche sont basés sur l’utilisation de la spectroscopie ARPES résolue en temps, et d’autres techniques qui donnent accès à la structure électronique des matériaux hors équilibre. Ces techniques sont en fort développement grâce au progrès continu des sources laser ultra-brèves, et donnent accès à des phénomènes et à des paramètres physiques importants et relativement peu explorés, tels que les transitions de phase photo-induites, la durée de vie des états excités, le couplage électron-phonon, etc. L’activité de l’équipe est centrée sur les matériaux fortement corrélés, les systèmes de Dirac et de Weyl, les matériaux 2D.

Equipe LUTECE “ Lumière Ultrabrève, specTroscopie d’Electrons et cohérence des Cristaux Electroniques ”

Le groupe LUTECE utilise différentes techniques laser pour sonder la matière condensée. Une expérience de spectroscopie de photoluminescence résolue en temps et à température variable pour sonder les nouveaux matériaux semi-conducteurs de type perovskites hybrides vient d’être implantée dans le laboratoire. Par ailleurs, nous étudions des cristaux électroniques par des techniques de diffraction X ultra-rapides sur synchrotrons ou xfel qui reposent sur l'utilisation d'une pompe laser femtoseconde.

Equipe NS2 “Les NanoStructures à la NanoSeconde”

Le groupe NS2 s’intéresse au lien entre le transport électronique et l’émission de plasmons/photons par effet tunnel inélastique. Le groupe NS2 sait maintenant décrire précisément la puissance lumineuse émise en termes de fluctuations du courant tunnel. Il cherche maintenant à mesurer directement les corrélations entre les fluctuations de courant électrique et de puissance lumineuse. Il développe pour cela un détecteur « on chip » de plasmons basé sur la technologie des KID (Kinetic inductance detector).

Equipe STEM “Microscopie Electronique”

Le groupe STEM utilise des électrons rapides (~ la moitié de la vitesse de la lumière) dans des microscopes électroniques à transmission à balayage (STEM) pour étudier les phénomènes aux échelles nanométriques voire atomique d’absorptions et d’émission dans la matière. Les applications touchent au domaine de la matière condensée et de la nanooptique avec une ouverture vers des applications en biologie.
 

Les activités du Laboratoire LuMIn en vidéos

Le laboratoire LuMIn a récemment réalisé des vidéos courtes pour expliquer quelques unes de ses thématiques de recherche.

Vous pouvez retrouver ces thématiques sur la chaine Youtube du laboratoire :
https://www.youtube.com/channel/UCxQkIiB6NUKTJJC4ilb1vHA

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Nouvelle source laser amplifiée 

Un amplificateur TiSa Astrella (Coherent), 800 nm, 4 kHz, 80 fs, 6W est maintenant installé au campus d'Orsay de l'UPSaclay, dans la plateforme dédiée à la spectroscopie optique ultrarapide, avec en particulier l'absorption transitoire femtoseconde.

Cette source de kHz peut pomper un NOPA visible accordable de 500 à 750 nm, qui peut être doublé en fréquence pour l'excitation UV. Une sortie de 80 MHz de l'oscillateur laser TiSa est également disponible.

Outil innovant développé pour l'étude quantitative in vivo du transport axonal

^{Nouvelle méthode de suivi et de mesures fines du transport axonal de compartiments endo-lysosomaux dans le cerveau de larves de poisson zèbre.}

Cette méthode consiste à enregistrer le signal de génération de second harmonique (SHG) des nanocristaux (taille ~100nm, synthétisés au laboratoire PMC, École Polytechnique) par microscopie à balayage rapide à l’aide d’un microscope à deux photons commercial équipé d’un scanner galvanométrique résonant. À la différence des stratégies s’appuyant sur le suivi de marqueurs fluorescents, la SHG ne photoblanchit jamais et possède un spectre étroit (≈10 nm) permettant d’obtenir un rapport signal/fond élevé même à une cadence de 20 champs de ≈100×100 µm balayés par seconde.

Ces performances, associées aux propriétés de transparence optique de la larve de poisson zèbre ont été notamment exploitées pour mesurer des paramètres du transport axonal en collaboration avec une équipe de l’Institut de la Vision (Paris). Pour faciliter l’analyse d’un grand nombre de brutes de vidéo-microscopie le pipeline MINT d’extraction automatique des paramètres de transport axonal a été également développé. Le haute résolution spatiotemporelle a permis de révéler des anomalies indétectables par une approche conventionnelle d’imagerie de protéines fluorescentes.

Les résultats scientifiques de ce travail peuvent être trouvés : ACS Nano

Jean-François Roch nommé membre senior de l'Institut universitaire de France

Jean-François Roch a été nommé membre senior de l'Institut universitaire de France (IUF). Cet institut a pour mission de favoriser le développement de la recherche de haut niveau dans les universités et de renforcer l'interdisciplinarité.

Il est nommé pour une durée de 5 ans à compter du 1er octobre 2021. L' IUF permet aux chercheurs d'avoir temps pour les projets de recherche.

Le projet de recherche proposé à l’IUF se base sur une expertise développée depuis presque 20 ans concerne les capteurs diamant pour la supraconductivité sous haute pression.
 

ATTOLab-Orme

UHI100 

NANOLIGHT

Manipulation optique cohérente d'états de Rydberg circulaires dans Sr

Les atomes de strontium sont intéressants pour la technologie quantique, comme le montre une étude réalisée en collaboration avec le groupe "Simulation Quantique" du Laboratoire Kastler-Brossel/Collège de France, dirigé par Michel Brune, car leur deuxième électron est optiquement actif. Ceci permet la manipulation cohérente d'un état de Rydberg circulaire avec des impulsions optiques, ce qui pourrait ouvrir la voie à une plateforme hybride optique-micro-ondes.

Lien vers l’article : Nature Physics 

"Single-shot" caractérisation de la cohérence spatiale des sources ultrarapides de rayons X 

Le CEA/LIDYL, en partenariat avec l'IST de Lisbonne, a développé une technique de mesure de la cohérence spatiale basée sur l'utilisation d'un réseau non redondant d'ouvertures à l'échelle nanométrique. Cette méthode est indépendante du pointage du faisceau et des fluctuations d'intensité. Elle ouvre la voie à des mesures de cohérence simultanées à partir d'expériences, ce qui permettra de prendre en compte la cohérence spatiale réelle de l'impulsion lumineuse afin d'améliorer, par exemple, la reconstruction spatiale des lentilles diffractives.

Lien vers l’article : Optics Letters

Spectroscopie de polarisation de la génération d'harmoniques d'ordre élevé dans un cristal GaAs

En collaboration avec l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière (MPSD) et Imagine Optic notre cherchers  ont étudié la dépendance linéaire de la génération d'harmoniques d'ordre élevé dans un cristal d'arséniure de gallium. Ils ont observé une évolution significative de la réponse anisotrope des harmoniques d'énergie supérieure à la bande interdite en fonction de l'intensité du laser, confirmant que le changement provient d'effets microscopiques fondamentaux du processus d'émission. Cette dépendance de l'intensité de la nature anisotrope du processus de génération offre la possibilité de diriger et de contrôler le courant électronique le long de directions particulières du cristal.

Lien vers l’article : Optics Express

Lumière twistée sur des structures magnétiques : un "pas de deux" prometteur

Dichroïsme hélicoïdal magnétique se manifeste sous la forme d'une réflexion différentielle de la lumière avec des moments angulaires orbitaux opposés, la deuxième forme de moment angulaire de la lumière, qui est portée par des faisceaux avec des fronts d'ondes en spirale hélicoïdale. Ce nouvel outil analytique ne nécessite aucune méthode polarimétrique, donne un accès direct aux constantes magnéto-optiques et ne requiert aucun balayage pour récupérer les principaux paramètres d'une structure. En tant que tel, il pourrait devenir une nouvelle norme de référence pour les études résolues en temps des structures magnétiques telles que les skyrmions ou les tourbillons magnétiques, dont la taille correspond à celle du front d'onde spiralé.

Lien vers l’article : Phys. Rev. Lett

Physique ultrarapide de l'attoseconde sur de longues échelles de temps

Des chercheurs de la plateforme ATTOLab du CEA/LIDYL présentent une technique qui dépend directement du retard XUV/Visible-IR et permet une stabilisation du retard de moins de 50 as sur plusieurs heures. Elle est basée sur la mesure du rendement électronique lors de la photoionisation à deux photons d'un gaz dans un seul détecteur à temps de vol. Cela popularisera les mesures utilisant l'émission de photoélectrons dans des dispositifs plus élaborés et plus exigeants tels que les microscopes à réaction gazeuse (COLTRIMS) ou les spectromètres d'émission de photoélectrons résolus angulairement (ARPES) à partir de surfaces, qui ont longtemps été limités à des sources de lumière synchrotron quasi-continues ou à des lasers femtosecondes dans le visible/infrarouge.

Lien vers l’article : Phys. Rev. Applied

Optique non-linéaire des rubans de Möbius portant un moment angulaire demi-entières

Il y a quelques années, équipe du CEA/LIDYL a montré que le moment angulaire orbital (MAO) était également conservé lors de la génération d’harmoniques d’ordre élevé (GHOE). Cependant, il existe des faisceaux lumineux dont la polarisation est topologiquement non triviale, et pour lesquels le moment angulaire de spin (MAS) et MAO sont intriqués. De tels faisceaux ne sont vecteurs propres ni du MAS ni du MAO, mais d'un moment angulaire généralisé (MAG) possédant des valeurs propres demi-entières. Nous avons synthétisé des faisceaux laser possédant une topologie en ruban de Möbius et un MAG de ℏ/2, et nous les avons utilisés en GHOE. À l’aide de techniques de caractérisation spécifiques, nous avons pu démontrer le transfert de ce moment angulaire fractionnaire de l’infrarouge vers l’ultraviolet extrême. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles méthodes d’ingénierie du moment angulaire, et tissent des liens entre optique quantique et optique extrêmement non linéaire.

Lien vers l'article : Science Advances

Protocoles de calcul des états excités des modèles de chaînes protéiques de phénylalanine 

​​​​​La compréhension de la dynamique électronique des peptides coiffés en tant que modèles des chaînes de protéines de phénylalanine nécessite l'exploration des surfaces d'énergie potentielle (PES) de leurs états excités en arc en effectuant des simulations dynamiques non adiabatiques. Des calculs comparatifs ont été effectués sur une série de peptides capsulés de taille croissante contenant différents résidus pour déterminer la méthode la plus appropriée pour modéliser leurs PES des états excités de basse altitude. Les résultats montrent que la méthode TD-DFT avec une fonctionnelle appropriée est apte à modéliser qualitativement ces surfaces d'énergie potentielle, et deux protocoles composites combinant les méthodes CC2 et DFT/TD-DFT ont été développés pour améliorer ces calculs. Ces protocoles ont permis de réduire considérablement l'erreur et d'obtenir des résultats fiables pour les très grands systèmes, à un coût inférieur à la méthode CC2.

Lien vers l'article: Int. J. Mol. Sci.

Production d'un film 3D de la photoémission en temps réel

En raison de son extrême rapidité,  l'effet photoélectrique a longtemps été considéré comme instantané. Le développement récent de sources de lumière ultra-courte de type nattoseconde permet aujourd'hui de résoudre ce processus dans le temps.
Une expérience menée sur la plateforme ATTOLab avec l'Université de la Sorbonne et l'Université Lyon 1 a permis de reconstruire le film tridimensionnel d'un processus de photoémission, au niveau atomique et à l'échelle de l'attoseconde. La photoémission étant également à la base des méthodes les plus fines d'analyse spectroscopique, ces travaux ouvrent la voie à une compréhension approfondie des effets de la corrélation électronique dans la matière, par exemple lors de réactions chimiques. 

Lien vers l’article : Science Advances

Un atome enfin "habillé" de photons XUV, avec le laser à électrons libres FERMI-FEL

Grâce à une étude récente menée par une collaboration internationale réunissant des scientifiques français, italiens, suédois et allemands, les spectres des photoélectrons montre la séparation de la résonance du système de champ à deux niveaux + en un doublet Autler-Townes, dont les états sont énergétiques -séparés par ℏΩ, la signature énergétique des oscillations de Rabi dans le domaine temporel. En faisant varier l'énergie photonique de l'impulsion un laser à électrons libres (FEL), le spectre photoélectronique révèle également le croisement évité entre l'état excité et l'état fondamental « habillé » d'un photon ; ce qui représente une preuve supplémentaire du couplage effectif entre l'atome et l'impulsion cohérente XFEL.

Lien vers l’article : Nature

Séparation de charges et photocatalyse dans les imogolites

Les imogolites sont des nanotubes d’aluminosilicate à forte courbure interne, dont l'architecture en fil nanométrique se prête à de multiples possibilités de fonctionnalisations chimiques. Par une série d'expériences de radiolyse pulsée, il est montré que la génération et la séparation de charge spontanée induite par la courbure dans ces nanotubes inorganiques en fait des photocatalyseurs aux propriétés intéressantes, et potentiellement utilisables pour le traitement de polluants ou la production d'hydrogène.

"Confined water radiolysis in aluminosilicate nanotubes: the importance of charge separation effects",
M.-C. Pignié, V. Shcherbakov, T. Charpentier, M. Moskura, C. Carteret, S. Denisov, M. Mostafavi, A. Thill and S. Le Caër, Nanoscale, 13, 3092-3105 (2021).
 

Des états excités de l’ADN produits par les rayonnements ionisants. (Collaborations LIDyL/NIMBE) : Les études sur l'influence de rayonnements de toutes natures sur la matière biologique ont des enjeux à la fois pour la protection de la santé et pour les moyens thérapeutiques qu'elles peuvent offrir. Radiobiologie (effets de particules ionisantes) et photobiologie (effets de la lumière) contribuent chacun dans leur domaine. Par une expérience originale combinant faisceaux d'électrons et de lumière une collaboration de l'Université Paris-Saclay, impliquant le LIDYL et le NIMBE, associée à la start up ITeox, montre que les effets des deux types de faisceau présente des similarités, en particulier dans la formation d’états excités de l'ADN, et des différences dans la nature des états excités formés qu'il faudra  explorer.

(Time-resolved cathodoluminescence of DNA triggered by picosecond electron bunches ; J.-P. Renault, B. Lucas, T. Gustavsson, A. Huetz, T. Oksenhendler, E.-M. Staicu-Casagrande et M. Géléoc, Scientific Reports 10 (2020) 5071)

Sonde bimodale fluorescence –RMN pour la détection spécifique des protéines : Cette étude propose une méthode innovante de détection de protéines intracellulaires qui associe fluorescence et résonance magnétique, en combinant l’utilisation d’un fluorophore activable de très petite taille et l’exploitation de la grande sensibilité d’un traceur RMN non toxique, le xénon, dont le spin nucléaire est hyperpolarisé. Les biosondes ainsi constituées sont ainsi doublement activables, combinant un signal de fluorescence et un signal de RMN du xénon-129 spécifiques lorsque la cible est rencontrée.

(Bimodal detection of proteins by 129Xe NMR and fluorescence spectroscopy”;  E. Mari, Y. Bousmah, C. Boutin, E. Léonce, G. Milanole, T. Brotin, Patrick Berthault, M. Erard, ChemBioChem 20 (2019) 1.)

hBN : centres colorés contrôlés spatialement et spectralement

En utilisant un microscope électronique à faisceau focalisé (MEB), nous avons réussi à démontrer l'activation locale de centres colorés dans des flocons de hBN dont l'épaisseur était de quelques dizaines de nanomètres. Cette méthode offre l'avantage significatif de générer des centres colorés dont les transitions optiques sont reproductibles en termes de longueur d'onde. Elle a donc le potentiel de créer des sources de photons uniques qui ne peuvent être distinguées par des émetteurs différents, résolvant ainsi l'un des principaux inconvénients des centres colorés dans hBN et offrant des possibilités pour la fabrication de dispositifs intégrant plusieurs sources identiques.

Lien vers l'article: Nature Communications

Nanostructures et hétérostructures basées sur des semi-conducteurs II-VI tels que des nanofils de ZnO dopés au NH₃

L'une de nos équipes de recherche se concentre sur l'épitaxie de diverses structures basées sur des semi-conducteurs II-VI dans le système {Zn, Mg, Cd, O, S, Se, Te}. Ils ont développé une expertise particulière dans la fabrication de champs de nanofils de ZnO à partir d'une croissance spontanée ou catalysée par des gouttelettes d'or, ainsi que dans la création de nanofils de ZnTe et de ZnS. Des structures cœur-coquille sont également réalisées pour obtenir des jonctions ZnO/ZnSe de type II. La caractérisation des structures est réalisée à l'aide de différentes techniques, notamment la microscopie à transmission, la diffraction des rayons X, la microscopie à force atomique et la spectroscopie optique (en collaboration avec LEM-ONERA, C2N, CLYM-Lyon). Les chercheurs ont également étudié le dopage de type p des nanofils de ZnO et ses effets sur les mécanismes de croissance et les facettes cristallines des nanofils.

Formation de dyades supramoléculaires de réseaux fonctionnels auto-assemblés sur le graphène

Une étude collaborative avec deux équipes de Sorbonne Université, (IPCM et MONARIS) et deux équipes de l'Université Paris-Saclay (SPEC et ILV) montre que deux types de dyades peuvent être formées en solution, en fonction des interactions supramoléculaires qui dominent l'équilibre et du type de support moléculaire utilisé. Une association métal-ligand a été observée entre le pérylène et le support porphyrine, tandis que la phtalocyanine conduit à une dyade formée par des interactions π-π. Ils concluent également que la microscopie à effet tunnel n'est pas une technique fiable pour caractériser les assemblages de surface, en raison d'une forte interaction sonde-molécule. D'autres techniques spectroscopiques, telles que la microspectroscopie à épifluorescence couplée à la microscopie à force atomique, ont été étudiées, mais les auteurs estiment qu'il est ambitieux de se fier uniquement à ces techniques pour corréler les observations de l'échelle nanométrique à l'échelle micrométrique.

Lien vers l'article : J. Mat. Chem. C.

Détermination de la fonction diélectrique dans l'infrarouge lointain d'une couche mince d'InGaAs

Les équipes de recherche du SPEC et du C2N ont développé une méthode permettant de déterminer les paramètres de la fonction diélectrique dans l'infrarouge lointain d'une fine couche de In_0.53Ga_0.47As. Cette méthode utilise une configuration d'écran de Salisbury désaccordé pour améliorer l'interaction de la lumière infrarouge lointaine avec les phonons optiques de ce matériau. Les données expérimentales sont obtenues à partir du spectre de réflectance polarisé résolu en angle et de la spectroscopie Raman. Ces données sont ensuite adaptées à un modèle de fonction diélectrique satisfaisant sur le plan de la causalité. Les chercheurs fournissent un ensemble complet de paramètres pour une expression analytique de la fonction diélectrique de In_0.53Ga_0.47As dans la gamme de fréquences des phonons optiques et dérivent une valeur pour la constante diélectrique statique.

Lien vers l'article : Opt. Mater. Express 

Sonder les mécanismes chimiques induits par les plasmons au moyen de la nanophotopolymérisation radicalaire

Une méthode de caractérisation à haute résolution basée sur la microscopie électronique à transmission est développée par les équipes d'IS2M, NIMBE, SPEC et L2N. Cette méthode et l'ajustement de la composition du photopolymère et des conditions d'irradiation permettent de réviser le mécanisme physico-chimique induit par la résonance plasmonique de surface localisée (LSPR). Les chercheurs démontrent que la voie photochimique est le mécanisme principal dans les conditions d'irradiation douces choisies pour ce procédé. Plus généralement, la photopolymérisation s'avère être un outil puissant pour étudier le couplage entre des nanostructures métalliques et des motifs organiques.

Lien vers l'article : J. Phys. Chem. C

Création d'assemblages de nanorods d'or par lithographie UV profonde

Une nouvelle méthode a été mise au point pour modéliser les arrangements de nanorods d'or (GNR) sur des substrats par PPMS, SPEC, and IS2M. En combinant la lithographie par UV profond avec le dépôt contrôlé de GNR fonctionnalisés, des agencements complexes de GNR ont été obtenus. Le couplage en champ proche a été examiné à l'aide de la microscopie électronique à photoémission (PEEM) sur des agrégats de GNR simples, des dimères et des formes allongées. Cette étude comparative a montré différents types d'efficacité de couplage en champ proche, qui dépendent de la polarisation de la lumière incidente, des espaces interparticulaires et des angles entre les nanorods. Les points chauds du champ proche sont associés aux zones d'espace interparticulaire.

Lien vers l'article :  J. Phys. Chemical. C

Explorer l'origine de l'irreversibilite de la turbulence a l'aide d'un nouveau dispositif experimental a grande echelle

Équipe de chercheurs du SPEC et du LMFL collaborent pour explorer l'origine de l'irréversibilité de la turbulence à l'aide d'un nouveau dispositif expérimental à grande échelle appelé Giant Von Kármán - GVK, qui est unique par sa taille.

Le dispositif permet de démontrer la corrélation entre les zones de forte dispersion des trajectoires du fluide, qui sont un signe d'irréversibilité, et les zones hautement dissipatives.

Plus d'infos ici + lien vers l'article : Phys. Rev. Lett.

Évolution temporelle ultrarapide des parois de domaines magnétiques chirales de Néel 

Grâce à la collaboration internationale, le comportement des parois de domaine magnétiques chirales (DWs) sur l'échelle de temps ultra-courte après l'excitation optique dans les multicouches asymétriques magnétisées perpendiculairement a été revu. La dynamique de l'aimantation est sondée à l'aide du dichroïsme circulaire à résolution temporelle dans la diffusion magnétique résonnante des rayons X (CD-XRMS). Les chercheurs ont observé une réduction transitoire de la CD-XRMS en picosecondes, qu'ils ont attribuée à des couples de torsion cohérents et incohérents induits par le courant de spin dans la texture de spin en constante évolution du DW. Les auteurs affirment qu'une démagnétisation spécifique de la structure interne du DW induit un flux de spin à partir des domaines magnétiques voisins. Ils identifient ce changement temporel de la texture du DW peu après l'impulsion laser comme une distorsion de la forme transitoire mixte de Bloch-Néel-Bloch dans une direction transverse au DW.

Lien vers l'article : Nat Commun