Embed Size (px)
Citation preview
Contact presse CNRS Claire Le Poulennec Tel : 01 44 96 49 88 Mél : claire.le-poulennec@cnrs-dir.
Les étdes nanoscienc
Pa
A l’l’Institut
(CNRS/Universités Pierre
l’Institut de minéralogi(CNRS/Universités Pierre
Institut d
Point Presse
ats de la matière : es aux conditions extrêmes
ris – 30 mars 2005
occasion de la création de des nano-sciences de Paris et Marie Curie-Paris 6 et Denis Diderot-Paris 7)
et de e et de physique de la matière condensée et Marie Curie-Paris 6 et Denis Diderot-Paris 7/ e physique du globe de Paris)
fr
Contact presse UniversitéPierre et Marie Curie-Paris 6
Sylvie SarzanaTél : 01 44 27 75 34
Mél : [email protected]
Les états de la matière : Des nanosciences aux conditions extrêmes
Sommaire du dossier de presse
À l’occasion de la création de l’Institut des nano-sciences de Paris (CNRS/Universités Pierre et Marie Curie-Paris 6 et Denis Diderot Paris 7) et de l'Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (CNRS/Universités Pierre et Marie Curie-Paris 6 et Denis Diderot Paris 7/Institut de physique du globe de Paris), les physiciens vous invitent à découvrir quelques exemples de leurs travaux de recherche, de leurs instruments, ainsi que la collection de minéralogie : - l’Institut des nano-sciences de Paris (INSP) - l’Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (IMPMC). INSP : - Multiplier l'énergie de la lumière par 1000, avec des nano-objets Dominique Verhnet - Des nano-objets qui s’auto-organisent Bernard Crozet - Des papillons aux cristaux photoniques Jean Marc Frigerio IMPMC: - Quand la glace fond sous son point de fusion Michel Gauthier - Sonder le noyau de la Terre Guillaume Fiquet - L’arsenic piégé par les bactéries Guillaume Morin Instruments : - Sept chambres interconnectées pour fabriquer des échantillons et les étudier sous ultra-vide Victor Etgens - L’accélérateur d'ions SAFIR de l'Institut des nano-sciences de Paris Ian Vickridge
L’Institut des nano-sciences de Paris
Unité mixte de recherche CNRS/Université Pierre et Marie Curie-Paris 6 Université Denis Diderot Paris 7
L’Institut des nano-sciences de Paris (INSP) est une unité mixte de recherche du CNRS (départements Sciences physiques et mathématiques (SPM) et Sciences et techniques de l’information et de la communication (STIC)) et des Universités Pierre et Marie Curie (Paris 6) et Denis Diderot (Paris 7). Il regroupe des équipes venant de quatre laboratoires de physique de la matière condensée du campus de Jussieu. Il compte au total 200 membres, parmi lesquels une centaine de chercheurs et enseignants-chercheurs et une cinquantaine de personnels techniques et administratifs permanents. Ses objectifs scientifiques s’inscrivent au cœur de la recherche fondamentale en nano-sciences, avec néanmoins des ouvertures vers des domaines d’applications variés : opto-électronique et télécommunications, sciences de la Terre et environnement, catalyse et diagnostic médical. Le thème fédérateur est la mise en évidence et la compréhension des propriétés nouvelles qui surgissent chaque fois que des phénomènes physiques se trouvent confinés dans des objets de taille inférieure à leur longueur caractéristique. Une attention particulière est portée au contrôle et à la caractérisation des interfaces entre ces petits objets et leur environnement. La richesse culturelle de l’INSP résulte du côtoiement entre chercheurs formés en physique atomique et moléculaire, physique de la matière condensée, optique, acoustique ou chimie, que ce soit dans le domaine expérimental ou théorique. L’organigramme scientifique est structuré en trois axes. Le premier, intitulé « Nanostructures quantiques : de l’objet modèle aux systèmes quantiques complexes », s’intéresse aux phénomènes électroniques quantiques liés aux effets de confinement, pour des objets individuels et/ou organisés. L’éclairage est essentiellement fondamental, et il est fortement couplé à des préoccupations d’ordre technologique pour la nanofabrication (salle blanche et manipulation d’atomes sous la pointe d’un microscope à effet tunnel basse température). Contrôler les propriétés de cohérence des excitations électroniques, utiliser le spin comme vecteur de l’information, comprendre les phénomènes de transport électronique à travers des nanostructures sont les objectifs principaux, à l’interface entre électronique moléculaire, information quantique et électronique de spin Le deuxième axe « Structure, dynamique et réactions aux interfaces » est centré sur les propriétés statiques et dynamiques des interfaces qui interviennent dans des systèmes hybrides, nanostructurés ou en contact avec un environnement non ultra-vide (sous pression de gaz ou en milieu liquide). Les études, qui s’inscrivent dans les mouvances les plus modernes de la physique des surfaces et interfaces, s’appuient sur des techniques expérimentales récentes de laboratoire, sur les centres de rayonnement synchrotron, sur un dispositif d’épitaxie par jet moléculaire très performant (voir la fiche correspondante) et également sur deux « gros » instruments présents dans l’institut : un accélérateur d’ions de haute énergie (voir la fiche correspondante) et une source d’ions multichargés, qui, seuls ou associés l’un à l’autre, permettront de réaliser des expériences originales. Finalement, le troisième axe « Optique et acoustique des couches minces et des nanostructures » concerne les phénomènes de propagation acoustique ou optique dans des matériaux hétérogènes, à des échelles de temps courtes et dans des gammes spectrales étendues. L’élaboration des structures reposera sur des techniques de croissance (pulvérisation, ablation laser, etc) présentes dans l’institut, mais nécessitera une salle blanche performante en cours d’installation. Les effets nouveaux liés au confinement, outre leur
intérêt fondamental, peuvent être source de multiples applications dans le domaine de l’opto-électronique, des télécommunications ou de la conversion d’énergie. C’est ici que se retrouve le contact le plus étroit avec les préoccupations industrielles. Contact : Claudine Noguera, directrice de l’Institut des nano-sciences de Paris Tél : 01 44 27 46 65 Mél : [email protected]://www.insp.upmc.fr
L’Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés
Unité mixte de recherche CNRS/ Université Pierre et Marie Curie Paris 6 Université Denis Diderot Paris 7/Institut de physique du globe de Paris
L’institut est né de la fusion du Laboratoire de minéralogie-cristallographie de Paris et du Laboratoire de physique des milieux condensés. La principale caractérisation de cet institut est sa pluridisciplinarité comme le mettent en évidence ses quatre départements : Matériaux, structures et dynamique, Physique des milieux denses, Minéralogie, Biologie structurale. La pluridisciplinarité de cette structure ne repose pas sur le fait que l’on y trouve de tout mais que certaines thématiques font intervenir des acteurs de cultures différentes : la biologie, la physique et les sciences de la Terre. En voici quelques exemples. Dans le département de biologie structurale, une équipe travaille sur une approche théorique du repliement protéique, l’autre sur la modélisation de complexes protéiques par cryo-microscopie électronique. La première prévoit la forme des protéines entrant dans la constitution des complexes, ce qui sert à la seconde. Cette seconde équipe prépare également des monocouches de virus sur des supports tels que des lames de verre. Ces monocouches de virus peuvent être organisées en arrangements périodiques bidimensionnels. Ces arrangements sont utilisés par une équipe de physiciens comme moule pour obtenir des réseaux bidimensionnels d’agrégats métalliques. Dans le département de minéralogie, plusieurs thèmes se trouvent à l’interface des sciences de la Terre et de la biologie. Ils abordent les interactions entre le monde du vivant (essentiellement les bactéries) et le monde minéral dans des problématiques liées à l’altération de minéraux ou à l’environnement (voir la fiche sur l’arsenic). Pour ce type d’études, les cultures et des techniques des deux départements Biologie structurale et Minéralogie sont mises en commun. Dans ce dernier département des études sur les couleurs des minéraux, sur les verres, sur les géomatériaux de l’environnement font intervenir des physiciens expérimentateurs ou théoriciens des deux autres départements. L’étude de la Terre profonde fait également intervenir des géophysiciens du département Minéralogie et des physiciens des départements Matériaux et Physique des milieux denses, sur des thèmes comme les constantes élastiques des matériaux de l'Intérieur de la Terre, les structures électroniques à haute pression de matériaux d'intérêt géochimique ou encore la structure et la dynamique des métaux liquides dans les intérieurs planétaires. De nombreuses autres équipes se forment autour d’un thème, en réunissant les compétences nécessaires. Par exemple, les physiciens théoriciens apportent les compétences en minéralogie (traçage de processus d'altération et d'érosion), en physique des matériaux (sur les nano-particules d’oxydes de fer dans les verres volcaniques ou dans les sols et les eaux). Certaines études sont abordées par une seule équipe, comme la synthèse de matériaux ultra-durs sous conditions extrêmes, l’étude des propriétés vibrationnelles et le couplage électrons-phonons dans les supraconducteurs, l’étude de la liaison hydrogène ou l’étude des glaces et de composés moléculaires sous conditions extrêmes, mais dans ce cas il y a souvent des mises en commun de montages expérimentaux ou de savoir faire techniques. Contact : Bernard Capelle, directeur de l’Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés Tél : 01 44 27 52 17 Mél : [email protected]
Multiplier l’énergie de la lumière par 1000, avec des nano-objets Les physiciens de l’Institut des nano-sciences de Paris ont montré comment multiplier l’énergie de la lumière par 1000. Pour cela, ils utilisent des nano-cristaux ou agrégats, constitués d’atomes de gaz rares (argon, xénon, krypton) de 1 à 40 nanomètres de diamètre. Éclairés avec un laser, ces nano-objets émettent des rayons X dont l’énergie est 1000 fois plus importante que celle du laser (on passe d’environ 2 électronvolt à 3 ou 4 000 électronvolts). Cet effet ne se produit de façon efficace qu’avec les nano-objets : avec les atomes, l’énergie est beaucoup moins amplifiée (d’un facteur 100 uniquement), et avec les solides, une partie du rayonnement X est absorbé. De plus, la lumière laser n’a pas besoin d’être très puissante : il suffit qu’elle puisse arracher un seul électron à chaque atome du nano-cristal et son « déshabillage» se déclenche : il perd alors un grand nombre d’électrons. Le réarrangement électronique qui suit est à l’origine de l’émission X. Les physiciens s’intéressent tout particulièrement à cette source intense de rayons X, qui émet de l’ordre de 1012 photons par tir laser dans toutes les directions de l’espace. Elle est quasi monochromatique (centrée sur une seule longueur d’onde), continue et sans émission de débris, ce qui la rend facilement utilisable. Elle a de plus un caractère pulsé (la durée des pulses reste à étudier). En l’utilisant, on pourrait construire un laser X délivrant des flashs de rayons X de quelques centaines de femtosecondes (milliardième de milliardième de seconde). Elle serait exploitable pour faire de l’imagerie X finement résolue en temps, c’est-à-dire pour observer des phénomènes à une échelle de temps infiniment petite.
Les atomes, envoyés à très haute pression par une buse dans une chambre sous vide, forment
des nano-cristaux (ou agrégats) de 100 à plusieurs millions d’atomes.
Contact : Dominique Vernhet, directeur de recherche CNRS Tel : 01 44 27 45 18 ou 01 44 27 84 16 Mél : [email protected]
Des nano-objets qui s’auto-organisent Pourquoi réaliser soi-même ce que la nature peut faire toute seule ? Les physiciens de l’Institut des nano-sciences de Paris travaillent sur des nano-objets qui s’auto-organisent. Ces nano-objets sont des rectangles d’azote ou des bandes d’oxygène qui apparaissent spontanément sur des surfaces de cuivre, de façon régulière et périodique, tous les 6 nanomètres environ, lorsque l’on dépose ces éléments à partir d’une phase gazeuse. En soi, ces nano-objets n’ont a priori aucun intérêt industriel, mais ils pourraient servir de gabarits pour réaliser un réseau de nano-plots de catalyseurs. Plus le catalyseur est finement divisé, plus le rendement de la réaction augmente, mais on peut en outre obtenir des réactions qui sont impossibles quand le catalyseur n’est pas un nano-objet. Par exemple, l’or nanométrique catalyse la réaction qui transforme le monoxyde de carbone (toxique) et l’oxygène en gaz carbonique dans les pots d’échappement. Il pourrait donc remplacer le palladium, plus coûteux. Avec les gabarits naturels que sont les nano-objets, l’avantage (ils se forment tout seuls) devient un inconvénient lorsqu’on veut contrôler la taille des nano-plots et étudier son rôle dans les processus catalytiques. Comment agir sur un phénomène spontané ? Les chercheurs ont trouvé une astuce : ils ont montré que cette taille est gouvernée par un paramètre, l’élasticité du substrat, un peu comme la taille des plis d’un tapis est contrôlée par sa rigidité. Or, on peut modifier l’élasticité du substrat en ajoutant une couche d’un autre matériau au-dessous et, en conséquence, modifier la taille des nano-objets. Ainsi, cette étude de théoriciens sur l’élasticité, au départ fondamentale, se révèle susceptible de faire progresser la catalyse. Contact : Bernard Croset, directeur de recherché CNRS Tél : 01 44 27 76 88 Mél : [email protected]
Des papillons aux cristaux photoniques Dans la nature, plusieurs animaux semblent changer de couleur en fonction de l’angle d’observation. C’est le cas de certains papillons, scarabées, jabots d’oiseaux. On retrouve ces mêmes effets sur les nacres des coquillages ou dans les opales. A l’Institut des nano-sciences de Paris, les physiciens ont étudié ces irisations, dans le but de les reproduire, une démarche connue sous le nom de bio-mimétisme. Quel rapport avec les nano-sciences ? Ces effets résultent de l’interaction de la lumière avec de minuscules structures, par exemple les écailles des ailes de papillons ou les billes de silice des opales. Ils sont dus à la combinaison de phénomènes physiques tels que la réflexion, la diffraction et la diffusion, à l’interface entre l’air et des nanostructures ou nanocouches de matériaux naturels. Au final, les nano-objets renvoient des rayons lumineux de couleur différente suivant la direction considérée, donnant l’impression de changer de couleur quand l’observateur ou l’animal se déplace. En laboratoire, les chercheurs ont reproduit ces systèmes en déposant de la silice sur une couche de métal (elle-même déposée sur un substrat de mica). Cette technique est mise en œuvre dans certaines peintures de voiture métallisées. Aujourd’hui, les industriels demandent aux chercheurs de leur indiquer comment mesurer la couleur changeante des voitures. Les physiciens travaillent également sur des systèmes « en volume », semblables aux opales. Ces minéraux sont constitués de billes de 200 nanomètres de diamètre, rangées de façon ordonnée comme dans un cristal. La période qui les caractérise étant comparable à la longueur d’onde, on parle de cristaux photoniques. En fonction des axes de symétrie de ce pseudo-cristal, certaines longueurs d’ondes sont favorisées, d’où les effets lumineux qui donnent leur éclat à ces « pierres ». Les chercheurs ont utilisé ce principe en fabriquant des opales synthétiques, dont les billes de silice contiennent de l’erbium (un élément chimique de la famille des lanthanes). Excité avec une lumière monochromatique, l’erbium ré-emet à une autre longueur d’onde, une lumière amplifiée par le cristal. En y introduisant un défaut, on pourrait la canaliser vers la sortie, de façon à obtenir des sources de lumière ponctuelles très puissantes, pour des applications dans les fibres optiques.
Contact : Jean-Marc Frigerio Enseignent chercheur de l’Université Pierre et Marie Curie-Paris 6 Tél : 01 44 27 43 54
Mél : [email protected]
Quand la glace fond sous son point de fusion L’eau est la substance chimique la plus répandue sur Terre. Pourtant, elle reste énigmatique. Chacun sait que la glace fond à 0°C, dans les conditions de pression atmosphérique. Mais la température de fusion chute à -20 °C, lorsque la pression augmente jusqu à 2000 atmosphères. Entre -20 et 0°C, la glace peut donc fondre sous l’effet de la pression. Avec un comportement aussi inattendu, il ne semble plus déraisonnable de se demander si la glace peut « fondre » à basse température. Oui, répondent les physiciens de l’Institut de minéralogie et de physique de la matière condensée. Vers -130°C et 5000 atmosphères, la glace « fond » pour former un liquide solidifié amorphe. Dans le cas de la fusion classique, où les molécules sont rangées de façon ordonnée et périodique, la transition se produit petit à petit à partir de la surface, vers un liquide. En revanche, dans le cas de la fusion mécanique (quand on applique une pression à basse température), la transition se produit dans tout le volume. On obtient un liquide solidifié amorphe, c’est-à-dire un solide où l’ordre est perdu, comme dans un liquide. En examinant ainsi tous les états possibles de l’eau, les physiciens font varier les interactions entre ses molécules pour mieux comprendre des phénomènes aussi courants que la fusion. Une fois qu’ils y auront réussi, ils pourront enfin expliquer les propriétés originales de l’eau et transmettre leur savoir aux biologistes sur ce liquide bien mystérieux mais indispensable à la vie. Contact : Michel Gauthier, chargé de recherche CNRS Tél : 01 44 27 44 62 Mél : [email protected]
Sonder le noyau de la Terre A 2900 kilomètres sous nos pieds, le noyau terrestre est essentiellement constitué de fer liquide. En son centre, se trouve un cœur solide, la graine. La pression qui y règne est de 3,6 millions de fois la pression atmosphérique. Sa température, environ 6000° C, avoisine celle de la surface du Soleil. Ce noyau n’est cependant pas tout à fait inaccessible. Lors d’un tremblement de terre, les ondes sismiques se propagent dans toute la planète. Elles traversent des milieux de compositions chimique et minéralogique variées, croisent de multiples interfaces où elles sont réfléchies ou diffractées : en arrivant à la surface, où elles sont enregistrées par des réseaux de sismomètres, elles sont porteuses d’informations sur la composition chimique et la structure interne de notre planète (voir la figure). La vitesse des ondes dépend de la nature chimique des matériaux traversés : il y a 50 ans, les chercheurs ont montré que le fer est majoritaire dans le noyau terrestre. Mais la densité du noyau, déduite des modèles sismologiques, indique qu’il contient 10 à 15 pour cent d’autres éléments plus légers. Lesquels (parmi le silicium, l’oxygène, le soufre, le carbone…)? Les géophysiciens de l’Institut de minéralogie et de physique de la matière condensée ont soumis du fer pur et divers alliages de fer et d’éléments légers aux pressions du noyau terrestre, en les comprimant entre deux diamants (dans une cellule à enclumes de diamant). Ils ont également mesuré la vitesse du son dans ces échantillons maintenus sous pression, et comparé ces vitesses aux données sismologiques. Cette étude montre que l’élément léger présent dans la graine solide est essentiellement du silicium, alors que le noyau liquide externe doit plutôt contenir de l’oxygène. Le soufre, quant à lui, ne peut guère excéder 1 % en poids. A terme, avec ces travaux, les chercheurs espèrent mieux cerner le mécanisme d'accrétion de la terre, il y a 4,5 milliards d'années. Au centre de la Terre se trouve la graine solide, en rouge, entourée du reste du noyau liquide,
en orange, puis du manteau. Les lignes montrent comment les ondes accoustiques se propagent à travers les interfaces entre ces différents milieux.
Contact : Guillaume Fiquet, directeur de recherche CNRS Tél : 01 44 27 52 36 Mél : [email protected]
L’arsenic piégé par les bactéries Dans les anciennes exploitations minières, des déchets toxiques sont parfois restés en surface et se sont répandus dans l’environnement. C’est le cas dans le Gard, à Carnoulès, une ancienne mine de plomb et de zinc abandonnée vers la fin des années 1960. Un million de tonnes de déchets miniers à l’air libre (des résidus de minerais sulfurés contenant de l’arsenic) s’altèrent sous l’effet des eaux de pluie. Résultat : des solutions acides riches en métaux toxiques se répandent dans le réseau hydrologique. Heureusement, les bactéries réparent en partie les dégâts : en oxydant le fer dissous, elle entraînent sa co-précipitation avec l’arsenic. L’arsenic est piégé dans des minéraux, ce qui réduit considérablement sa concentration dans l’eau. Les chercheurs de l’Institut de minéralogie et de physique de la matière condensée ont étudié le site de Carnoulès, en collaboration avec des microbiologistes et des chimistes de l’eau d’autres laboratoires. Ils se sont intéressés au rôle des micro-organismes dans le cycle géochimique de l’arsenic. Le ruisseau très acide qui coule depuis le tas de déchets contient des quantités très élevées de fer (0.5 à 1 g/l) et d’arsenic (50 à 350 mg/l) dissous. Ces éléments chimiques s’accumulent sous forme de concrétions bactériennes (voir la photo) dans les cent premiers mètres en aval. Les chercheurs ont montré que certaines souches bactériennes catalysent la formation de ces bio-minéraux et que leur nature varie avec les saisons. Ils vont maintenant essayer de relier ces observations à d'éventuelles variations saisonnières de l'activité bactérienne. Les processus naturels étudiés à Carnoulès sont primordiaux pour la mise au point de procédés de dépollution de ce type de site. D’autre part, ces résultats pourraient aider à interpréter les signatures minéralogiques de paléo-bactéries à la surface de la Terre ou d’autres planètes.
Ci-dessus : stromatolite bactérien et sédiments contenant jusqu'à 20 pour cent d’arsenic, dans le ruisseau minier de Carnoulès. A droite, images au microscope électronique de bactéries et d’hydroxyde As(III)-Fe(III) cristallisé dans le stromatolite ou amorphe dans les sédiments.
Contact : Guillaume Morin, chargé de recherche CNRS Tél : 01 44 27 75 04 Mél : [email protected]
Sept chambres interconnectées pour fabriquer des échantillons et les étudier sous ultra-vide
A première vue, on aperçoit une imbrication de boîtes de métal, de tubes et de câbles, dont certains sont emballés dans du papier d’aluminium. Les physiciens l’appellent leur « manip d’épitaxie par jet moléculaire ». De quoi s’agit-il ? Cet ensemble est l’un des plus gros et des plus performants du pays dans son genre. Il sert à préparer et à étudier des matériaux pour la spintronique, nouvelle branche de l’électronique qui cherche à associer les propriétés de conduction aux propriétés magnétiques des porteurs de charge. Dans ce domaine, il faut travailler sous ultravide, afin que les échantillons produits (des semi-conducteurs comme l’arséniure de galium, le séléniure de zinc, ou alors des métaux comme l’arséniure de manganèse, le fer, etc.) ne soient pas contaminés. Des pompes ioniques se chargent d’abaisser la pression jusqu’à 10-8 Pascals, ce qui correspond à peu près à la densité de particules dans l’espace derrière la Terre, dans le cône d’ombre du Soleil. L’appareil comprend un sas d’introduction des échantillons, puis deux chambres où l'on fait croître les couches minces : les espèces sont introduites sous forme solide, chauffées jusqu’à la sublimation puis déposées sur l’échantillon. Le terme « épitaxie » désigne le fait que la couche ainsi obtenue sera orientée par rapport au substrat cristallin. L’échantillon peut être transféré ensuite vers d’autres chambres, toujours sous ultravide, au moyen de cannes de transfert, afin que ses propriétés puissent être dévoilées par microscopie à effet tunnel, diffraction d’électrons, spectroscopie de photoélectrons, etc. Les chercheurs ont même développé un système de valise ultravide qui permet de transférer ces échantillons d’un laboratoire à un autre. Dans l’industrie, les lasers des lecteurs de DVD sont réalisés grâce à la technique d’épitaxie par jet moléculaire. Au laboratoire, cette technique est utilisée afin d’étudier les propriétés magnétiques des semi-conducteurs, notamment les propriétés de spin. Les physiciens essaient par exemple d’injecter un courant polarisé en spin d’une couche de fer vers le semi-conducteur. Ce type d’études pourra déboucher sur des mémoires non volatiles d’ordinateurs (les MRAMS, où les données restent stockées même lorsque l’on éteint les machines). Ci-dessous, le schéma du dispositif expérimental, ainsi que l’un des « sandwich » fer/semi-conducteur qui y a été fabriqué (image par microscopie à effet tunnel)
Contact : Victor Etgens, chargé de recherche CNRS Tél : 01 44 27 52 25, Mél : [email protected]
L’accélérateur d’ions SAFIR de l’Institut des nano-sciences de Paris L’accélérateur d’ions SAFIR est un puissant outil d’analyse pour les physiciens de la matière condensée. C’est l’un des six accélérateurs « Van de Graaf » en Ile-de -France, comme celui du Centre de recherche et de restauration des Musées de France. Mais il a la particularité d’être l’un des plus stables en énergie du monde, un avantage appréciable pour la précision des résultats Avec 2,5 millions de volts, cet instrument accélère des ions tels que des protons, des deutons (un proton et un neutron), des particules α (deux protons et deux neutrons) etc., jusqu’à 2,5 MeV (6 pour cent de la vitesse de la lumière). Ceux-ci interagissent avec les échantillons, qui émettent alors des particules et des rayonnements analysés dans une batterie de détecteurs. Ces analyses permettent de remonter à la composition chimique de l’échantillon et sa structure cristalline. On peut réaliser par exemple des profils de concentration dans l’épaisseur de l’échantillon, à l’échelle de quelques nanomètres. Contrairement à d’autres méthodes d’analyse, comme celles qui utilisent le rayonnement synchrotron, l’accélérateur est capable de « distinguer » les divers isotopes présents dans les échantillons. A l’Institut des nanosciences, les physiciens l’utilisent pour comprendre la croissance des couches minces, par exemple des couches d’oxydes sur du silicium, comme dans les microprocesseurs des ordinateurs. On peut alors savoir comment l’oxygène pénètre dans le silicium et comment les différents atomes ou isotopes se déplacent à l’intérieur des couches. En plus des recherches propres à l'Institut des nanosciences de Paris, des chercheurs d'une vingtaine de laboratoires français et européens utilisent SAFIR, abordant des sujets qui vont des revêtements pour l'A380 à la diffusion d'éléments dans les minéraux du manteau terrestre. Actuellement, les chercheurs de l’Institut des nanosciences sont en train d’installer un nouveau détecteur, pour augmenter la précision des mesures et passer ainsi au-dessous du nanomètre.
Contact : Ian Vickridge, chargé de recherches CNRS Tél : 01 44 27 47 12 Mél : [email protected]
Quelques exemples d’images de l’INSP et de l’IMPMC disponibles à la photothèque (01 45 07 56 87)
