Laboratoire de Physique des Solides UMR 8502 · 2014. 5. 5. · Des cuprates supraconducteurs aux...

Présentation CFP 5 novembre 2010

Laboratoire de Physique des Solides

UMR 8502

http://www.lps.u-psud.fr

Visite du LPS le 24 novembre

Présentation CFP 5 novembre 2010

Créé à la rentrée universitaire de 1959 par

R. CASTAING †

J. FRIEDEL

A. GUINIER †

• Structure électronique / Organisation de la matière

• Couplage expérimentation - théorie

• Instrumentation innovante

P.-G. DE GENNES † (61-71)

(Prix Nobel de Physique 1991)

• Matière molle

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Un des plus importants laboratoires nationaux de recherche en matière condensée

12 500 m2 de locaux

15 équipes réparties sur 3 axes de recherche

200 à 250 personnes au quotidien

Budget annuel 3M€ HT hors salaire (14 M€)

100 permanents (Enseignants-chercheurs, CNRS)

50 Ingénieurs, Techniciens, Administratifs

35 Thésards

+ post doc, visiteurs, stagiaires

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Structuration de l’activité scientifique en 3 axes

Axe I: Nouveaux états électroniques de la matière

Axe II: Phénomènes physiques aux échelles réduites

Axe III: Matière molle et interface-physique biologie

~1/3 des chercheurs par axe

Lieu de définition des projets d’élaboration des priorités scientifiquesgère « espaces communs thématiques » (avec IT)

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• Une supraconductivité exotique (supra 1911-HTc 1986)

Cuprates à Haute température critiqueCobaltates, boratesPnictures de fer

• Un nouveau magnétisme induit par la frustration

Nouveaux états électroniques de la matière

Découverte de nombreux matériaux qui présentent de nouveaux états quantiques,

matériaux aux propriétés remarquables

Contact Philippe Mendels

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Des cuprates supraconducteurs aux nouveaux pnictures de fer

e-

trou

Pseudo-gap

Métalétrange

SUPRA

AF

0.05 0.25

dopage des plans

Pnictures Ba(Fe1-x Cox)2As2

0.150.05

SUPRA

AF

dopage des plans

Cuprates YBa2Cu3O7−x

pression

Supras Organiques

Systèmes basse dimension

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Quelle est la structure électronique?

hve-

f

q

Crystal

Contact : Véronique Brouet

LaFeAsO

Ba(Fe1-x Cox)2As2

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0 ,. ijjiij JSSJ

H

Nouveaux états quantiques frustrés

Des systèmes modèles, de nouveaux fondamentaux!

• Ordre à longue distance• Fluctuations quantiques• Excitations collectives

• Liquide de spins 2D, 3D(?)• Fluctuations quantiques• Excitations locales

Contact Philippe mendels

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Les outils d’investigation expérimentale

• Techniques extrêmes Pression (C. Pasquier)

Basse température Haut champ

• Techniques locales RMN µSR

• Spectroscopies originales ARPES Pompe-sonde

• Etudes de structures Neutrons RX Synchrotron

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Les outils d’investigation expérimentale

• Techniques extrêmes Pression Basse température Haut champ

• Techniques locales RMN (J. Bobroff)

µSR• Spectroscopies originales

ARPES Pompe-sonde

• Etudes de structures Neutrons RX Synchrotron

Canne 27 mK

Présentation CFP 5 novembre 2010

Les outils d’investigation expérimentale

• Techniques extrêmes Pression Basse température Haut champ

• Techniques locales RMN µSR (P. Mendels)

• Spectroscopies électroniques ARPES (V. Brouet)

Pompe-sonde (M. Marsi)

• Etudes de structures Neutrons RX (P. Foury)

Synchrotron (D. Le Bolloc’h)

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Phénomènes physiques aux dimensions réduites

•Structure de nano-objets : échelle atomique

•Excitations optiques dans des nano-objets

•Nano-magnétisme : taille des parois, longueur de diffusion de spin

•Physique mésoscopique, transport quantique : longueur de cohérence de phase, longueur de pénétration de l’ordre supraconducteur

•Nouveaux outils : microscopie électronique à pertes d’énergie, microscopie tunnel à électrons balistiques

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Physique mésoscopique: Transport à l’échelle de la cohérence de phase

Graphène: 2D Coexistence effet Hall quantique et supra conductivité ?

Systèmes: métaux, semiconducteurs, graphène, nanotubes … Exemple: Supraconductivité de proximité = sonde de la cohérence

Méthodes expérimentales: Transport I(V), mais aussi mesures sans contacts à haute fréquence;micro -résonateur supra conducteur, couplage inductif ou capacitif, Très basses températures, nanofabrication

Dimère de Gd@C82

Nanotubes et métallofullerènes 1D et 0D: Compétition effet Kondo et Josephson

S

S

SS

S

S

2mm

Contacts : Hélène BouchiatMarco Aprili

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BaO TiO2 FeO Microscopie et spectroscopie originales

Simulations ab initio

Nanooptique : plasmons, émetteurs quantiques, métamatériaux

Structure, propriétés électroniques et optiques à l’échelle nanométrique et atomique (STEM)

Nanotubes, graphène(s)Interfaces : spintronique, électronique, oxytronique

Contacts : Odile StéphanMathieu Kociak

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J

AIB

AVT

IT

Imagerie et Dynamique en magnétisme

GaAs:Mn , T = 104 K| j | = 4,4 GA/m2

Dt = 1,8 msPistes de 4 mm

Déplacement de parois magnétiques par courant électrique

Imagerie de domaines et parois magnétiques

MFM Co/Au/Co images 2 mm BEEM

Contact : André Thiaville

Spintronique, Mémoires magnétiques

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Organisation et dynamique de la matière condensée

• Nanotubes : structure, dynamique par diffraction des rayons X et neutronsTransport de l’eau : filtration par osmose inverse (NT carbone et imogolite aluminosilicates)

Pascale Launois

• Dynamique d’auto-assemblage de matériaux mésoporeux (auto-assemblage de micelles suivi en temps réel par diffusion X et neutrons)Marianne Impéror-Clerc

• Interaction entre inclusions dans une membrane fluide maîtriser la répartition et l’orientation de nano-objets dans une matrice à comportement mécanique contrôlableDoru Constatntin

Utilisation du rayonnement synchrotron

Contact : Pierre Antoine Albouy

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Organisation – Dynamique – Propriétés – Fonctionnalités

matière organique

et biologique

Mésophases et

polymères

Interface physique-biologie

Surfaces et interfaces

Interfaces liquides

Tissus et fibres biologiques

ADN condenséAuto-

assemblage

Fluides complexes

polymères

Surfaces de polymères

Matière molle et interface physique biologie

Contact : Jean Doucet

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??

Interfaces Mousses / émulsions

tensioact ive

polymères part icules

protéinestensioact ive

polymères part icules

protéines

Mousses

solides

hautement structurées

100 µm5 mm

Mousses

d’émulsions

Interfaces liquides

Systèmes complexes et stimulables

Contact : Dominique Langevin

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Promotion d’adhésion aux interfaces entre polymères en conditions de co-extrusion

4.0µm

Rôle de la nano et microstructuration sur la friction et le mouillage

θ

• Possibilité de contrôler la rugosité géométrique• Connu : la rugosité affecte l’adhésion et le

mouillage

Question : rôle de l’anisotropie sur la friction, rôle du couplage entre les aspérités.Techniques : e-lithographie, mouillage, AFM…

• Interface renforcée par des copolymères greffés in situ et l’adhésion est pilotée par les copolymères et la cristallinité.

Question : vérifier le lien entre cristallinité interfaciale dans des conditions proches de la réalité industrielle etmodélisation du greffage/diffusion/convection.

Adhésion et friction des polymères

Contact : Frédéric Restagno

AFM morphologie d’interfacecollaboration

collaboration

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~100µm ~2µm~mm

muscle (fibre:cell)

Approche tissulaire et structurale : effets chimiques et sur les architectures moléculaires, Outils : imagerie par micro-fluorescence X, diffraction de rayons X

Approche cellulaire et mécanique: comportement des cellules précurseurs des fibres sous contrainte mécaniqueOutils : culture cellulaire, sollicitation mécanique cyclique, microscopie de fluorescence

accumulation de calcium (rouge) pathologique au centre des fibres ‘myopathes’

Analyse cellulaire et tissulaire à finalité biomédicale- une approche de physicienstravail en collaboration avec des biologistes et des médecins

effets de la mécanique sur l’apparition d’agrégats protéiques pathologiques sur des cellules en culture

repos après fatigue

no

n m

uté

mu

té

Dispositif d’étirement cycliquede cellules en culture

Tissus et fibres biologiquesContact : Fatma Briki

Compréhension du mécanisme d’agrégation de protéines ducytosquelette musculaire (desmine) suite à une mutationpathogène de type myopathie

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Bactérie

ADN50-100nm

Virus bactérien Particules viromimétiquesBactéries et biofilms

• « soft materials » complexes et hétérogènes

• Processus dynamiques multiples sur de larges échelles de tempsSystèmes biologiques

Objectifs: comprendre

• l’éjection de l’ADN• la condensation d’une chaîne unique en milieu confiné(Diffusion de lumière, cryoME)

1-2nm

Objectifs :

• comprendre la dynamique de l’autoassemblage et de la maturation• Contrôler la fabrication de nano-objets(SAXS, SANS, EM)

Objectifs : Etudier

• les processus collectifs(microscopie de fluorescence)• les propriétés viscoélastiques des films(mesures de force)

Protéines virales

Polymère

-1

0

1

2

3

4

5

-1 0 1 2 3 4

D force (mN)

déplacement (mm)

Bactérie motileBiofilm

1mm

Capside contenant un fragment de l’ADN

Pelote Globule torique

Structure et dynamique d’objets biologiques auto-assemblésContact : Françoise Livolant

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Les théoriciens au LPS

Contact: Gilles Montambaux

• 20 membres, 1/5 du laboratoire

• 8 étudiants, 2 post-docs

– Fermions fortements corrélés

– Physique mésoscopique, dimensions réduites

– Graphène

– Oxytronique (interface LaAlO3 and SrTiO3)

– et aussi, spintronique, atomes froids, matière molle

Sur toutes ces thématiques, forts couplages avec les expérimentateurs,

en particulier au laboratoire, et aussi sur le plateau de Saclay.

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Instrumentation

• Acquisition de gros équipements et réalisation d’instrumentation innovante

– Microscope ultra-STEM à haute résolution spatiale et en énergie

– Microscope SEM-FEG pour fonctionnalisation de dispositifs (lithographie, imagerie)

– RMN du solide, en particulier Bobine 14T à large balayage en champ

– Plateforme de mesures de transport en conditions extrêmes (champ magnétique, température, pression)

– Dispositifs originaux de caractérisation par techniques rayons X

– Dispositifs d’élaboration de films minces, oxydes,systèmes mésoscopiques

– Microscopie champ proche (BEEM et MFM)

– Photoémission : ARPES et femto-ARPES

• Equipements collectifs

– Liquéfacteur d’hélium

– Centre d’usinage à commande numérique

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Activité scientifique en relation avec les grandes infrastructures de recherche

• Grands instruments Rayonnement synchrotron SOLEIL, ESRF

Diffusion des neutrons LLB, ILL

Champs magnétiques intenses

Lasers à impulsion courtes

• Centres de nanotechnologie Laboratoire de Photonique et de Nanostructure (actuellement à

Marcoussis, mais doit déménager sur le plateau de Saclay)

MINERVE (IEF-UPS)