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Actualités

  • 30

    10/2018

    Des nano-oscillateurs couplés capables de reconnaître des voyelles selon une règle d’apprentissage


      Damien Querlioz.

    Des physiciens ont réussi à former un réseau de quatre nano-oscillateurs couplés capable de reconnaître des voyelles parlées en accordant leurs fréquences selon une règle automatique d'apprentissage en temps réel. Ils montrent que les taux de reconnaissance expérimentaux élevés découlent de la capacité exceptionnelle de ces oscillateurs à se synchroniser.

    En contraste avec les algorithmes phares utilisés en intelligence artificielle qui réside sur des réseaux de neurones artificiels, des physiciens travaillent sur des composants physiques inspirés des neurones biologiques. Chacun de ces composants nanométriques joue le rôle d’un nano-neurone capable de résoudre des problèmes complexes, grâce aux phénomènes de synchronisation de ses oscillations magnétiques.

    Le composant1 étudié par les chercheurs de l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/UPSUD) et de l’AIST au Japon est composé de couches magnétiques et non-magnétiques à l’échelle nanométrique. Il y a un an, l’étude avait montré qu’un seul de ces composants pouvait se comporter comme un neurone artificiel et détecter des chiffres parlés avec un taux de reconnaissance élevé (à l’état de l’art international). Le composant unique réalisait le réseau de neurones à lui tout seul en effectuant successivement le travail de chaque neurone.

    Les couplages dynamiques entre plusieurs composants pourraient être utilisés pour jouer le rôle de communication synaptique entre les neurones. Cependant, un défi majeur pour la mise en œuvre de ces modèles avec des nano-dispositifs est de parvenir à l'apprentissage, ce qui nécessite de contrôler finement et de régler l’oscillation couplée des composants. Les caractéristiques dynamiques des nanodispositifs peuvent en effet être difficiles à contrôler, et sujettes au bruit et à la variabilité. C’est ce défi d’ajustement fin des oscillations qui a été relevé dans ces nouveaux travaux. Les chercheurs montrent que l'accordabilité exceptionnelle des nano-oscillateurs spintroniques, c'est-à-dire la possibilité de contrôler largement et précisément leur fréquence à travers le courant électrique et le champ magnétique, peut résoudre ce problème. Ils forment avec succès un réseau matériel de quatre nano-oscillateurs à transfert de spin pour reconnaître les voyelles parlées en accordant leurs fréquences selon une règle automatique d'apprentissage en temps réel. Ils montrent que les taux de reconnaissance expérimentaux élevés découlent de la capacité exceptionnelle de ces oscillateurs à se synchroniser. Leurs travaux sont publiés dans la revue Nature.

    Les quatre neurones sont expérimentalement mis en œuvre avec quatre nano-oscillateurs à transfert de spin ; des jonctions tunnel magnétiques circulaires de 375 nm de diamètre et une couche libre de Fer Bore avec un vortex comme état fondamental. Les interconnexions neuronales symétriques sont implémentées en connectant électriquement les quatre oscillateurs en utilisant des fils millimétriques : dans cette configuration, le courant micro-onde généré par chaque oscillateur se propage dans la boucle électrique hyperfréquence et influe à son tour sur la dynamique, en particulier la fréquence, des autres oscillateurs. Les oscillateurs sont ainsi couplés. La somme de toutes les émissions de micro-ondes est détectée par un analyseur de spectre. Avec ce réseau de neurones, les chercheurs ont reconnu des voyelles prononcées par différentes personnes. Les signaux audios de chaque voyelle sont transformés par analyse de Fourier en deux fréquences, accélérées cent mille fois puis appliquées par une antenne aux nano-oscillateurs sous forme de signaux micro-ondes de forte amplitude, qui peuvent synchroniser les oscillateurs. Les voyelles sont correctement reconnues et classées si chaque voyelle entraine une configuration de synchronisation spécifique quelle que soit la personne qui la prononce : par exemple pour la voyelle « ih » un seul oscillateur est synchronisé, pour la voyelle « ah », deux oscillateurs sont synchronisés. Ce comportement n’est pas inné : le réseau doit être entrainé à y parvenir. Pour ceci, les chercheurs ont modifié progressivement la fréquence de chaque oscillateur en ajustant le courant continu qui circule dans chacun selon une loi d’apprentissage.

    Ces résultats démontrent que des tâches de classification de formes non triviales peuvent être réalisées avec de petits réseaux neuronaux physiques en leur conférant des caractéristiques dynamiques non linéaires : ici, oscillations et synchronisation. Cette démonstration de l'apprentissage en temps réel avec un ensemble de quatre nano-oscillateurs à couple de transfert de spin est une étape importante pour l'informatique neuromorphique basée sur la spintronique. Les perspectives de recherche vont consister à coupler un plus grand nombre de composants entre eux.

    1 même composant que dans leurs travaux précédents (Torrejon et al., Nature, 2017)

    Références :
    Vowel recognition with four coupled spin-torque nano-oscillators,
    Miguel Romera1, Philippe Talatchian1, Sumito Tsunegi2, Flavio Abreu Araujo1, Vincent Cros1, Paolo Bortolotti1, Juan Trastoy1, Kay Yakushiji2, Akio Fukushima2, Hitoshi Kubota2, Shinji Yuasa2, Maxence Ernoult1,3, Damir Vodenicarevic3, Tifenn Hirtzlin3, Nicolas Locatelli3, Damien Querlioz3 et Julie Grollier1
    Nature (2018)
    DOI: 10.1038/s41586-018-0632-y
    1 Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Univ. Paris-Sud, Université Paris-Saclay, 91767 Palaiseau, France
    2 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Spintronics Research Center, Tsukuba, Ibaraki 305-8568, Japan
    3 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Univ. Paris-Sud, Université Paris-Saclay, 91405 Orsay France

    Contact :

    • Julie Grollier, directrice de recherche CNRS à l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thales,
    • Damien Querlioz, chargé de recherche CNRS au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)

     

    Figure : Approche pour la classification des modèles avec des nano-oscillateurs couplés à couple de rotation. (a) Schéma du réseau de neurones émulés. (b) Schéma du montage expérimental avec quatre oscillateurs de couple de spin connectés électriquement en série et couplés par leurs propres courants hyperfréquences. Deux signaux hyperfréquences codant des informations dans leurs fréquences sont appliqués au système via une bande, ce qui se traduit par deux champs hyperfréquences. La sortie hyperfréquence totale du réseau d'oscillateurs est enregistrée avec un analyseur de spectre. (c) Sortie hyperfréquence émise par le réseau de quatre oscillateurs sans (bleu clair) et avec (bleu foncé) les deux signaux hyperfréquences appliqués au système. Les deux courbes ont été décalées verticalement pour plus de clarté. Les quatre pics de la courbe bleu clair correspondent aux émissions des quatre oscillateurs. Les deux pics étroits rouges de la courbe bleu foncé correspondent aux signaux hyperfréquences externes de fréquences fA et fB. (d-e) Apprendre à classer les patterns en réglant les fréquences des oscillateurs. Carte de synchronisation expérimentale en fonction des fréquences du ou des signaux externes avant l'entraînement (e) après l'entraînement. Les points colorés représentent les entrées appliquées au réseau oscillatoire: prononcées par différentes enceintes. Différentes voyelles sont de différentes couleurs. Les vidéos sont accessibles sur Yotube: video complète (3’30”): https://youtu.be/IHYnh0oJgOA  – Vidéo courte (20”): https://youtu.be/bbRqqcxc-po / Crédits UMPHY/C2N - CNRS/Thales/UPSud

     

     


  • 30

    10/2018

    Maîtriser le son à l'échelle nanométrique


      Martin Esmann.

    Des physiciens ont proposé un nouveau moyen de contrôler la propagation du son à l'échelle nanométrique. Ils ont mis en évidence de nouveaux moyens de piéger le son à l'interface entre deux chaînes de nano-résonateurs.

    La topologie offre de nouveaux degrés de liberté pour contrôler les excitations fondamentales dans les systèmes périodiques, en fonction des propriétés géométriques. Le modèle Su-Schrieffer-Heeger (SSH) est probablement le concept unidimensionnel le plus simple pour étudier les phases topologiques non triviales et les excitations topologiques.

    Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies - C2N (CNRS / Université Paris Sud) ont proposé un nouveau moyen de contrôler la propagation des vibrations mécaniques à l'échelle nanométrique. Ils ont développé un schéma simple pour confiner le son dans la gamme des 100 GHz, basé sur l'utilisation d'invariants topologiques. En attachant des nanorésonateurs acoustiques individuels et en déterminant la manière dont ils échangent de l'énergie, ce travail met en évidence de nouvelles façons de piéger le son à l'interface entre deux chaînes de résonateurs. Leurs travaux sont publiés dans Physical Review B - Rapid Comm.

    En couplant des réseaux de nanocavités acoustiques à semi-conducteurs, ils proposent une implémentation du modèle Su-Schrieffer-Heeger (SSH) permettant de concevoir des états de bords acoustiques et d'interfaces robustes contre les défauts de fabrication. Ce phénomène topologique n'est pas propre au son mais partagé avec d'autres phénomènes d'ondes tels que la lumière et les fonctions d'onde électroniques. Dans les systèmes électroniques, les études expérimentales des propriétés topologiques reposent sur des matériaux et des structures naturellement existants. En nanophononique, les blocs de construction sont créés artificiellement, ce qui permet d'explorer un plus grand espace de paramètres. Alors que l'accès aux détails de la dynamique de ces modes confinés est difficile pour la lumière et les électrons, un moyen simple de sonder la fonction d'onde complexe spatiale dans des réseaux de nanocavités acoustiques est également proposé, basé sur des mesures optiques ultra-rapides. En résumé, un nouveau phénomène de confinement acoustique a été proposé, qui peut fournir des informations sur la dynamique d'autres systèmes topologiques à l'état solide.

    Enfin, les expériences opto-acoustiques proposées pourraient même ouvrir la voie à de nouvelles façons de contrôler d’autres excitations à l’état solide, telles que les excitons ou les ondes de spin par vibrations topologiquement confinées.

    Références :
    Topological acoustics in coupled nanocavity arrays,
    M. Esmann, F. R. Lamberti, A. Lemaître, et N. D. Lanzillotti-Kimura
    Phys. Rev. B 98, 161109 – Rapid Communications (Octobre 2018)
    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.161109
    -    Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud)

    Contacts :
    -    Martin Esmann, Post-Doc au C2N
    -    Daniel Lanzillotti Kimura, chargé de recherche CNRS au C2N

    Figure : Représentation schématique de deux réseaux de nanorésonateurs confinant un mode topologique à l'interface. Grâce à des impulsions laser ultrarapides, ces modes peuvent être excités et détectés. Crédit Esmann/C2N.


  • 30

    10/2018

    Observer la croissance de cristaux dans un microscope électronique


      Jean-Christophe Harmand.

    Un dispositif instrumental unique a permis d’observer pour la première fois, in situ et en temps réel, la croissance de nanomatériaux élaborés par jets moléculaires dans un microscope électronique à transmission.

    Les nanotechnologies font appel à des matériaux cristallins de taille nanométrique qui peuvent être élaborés par différentes techniques. Comprendre et contrôler la formation de ces nanocristaux représente un enjeu majeur pour maîtriser leurs propriétés et atteindre ainsi une fonctionnalité donnée. Pour sonder et étudier leur morphologie, leur structure cristalline ou leur composition chimique, la microscopie électronique en transmission (MET) constitue une technique de choix. En effet, ces analyses MET peuvent être menées à l’échelle atomique. En termes de résolution spatiale, elles ont considérablement bénéficié de l’apparition des correcteurs d’aberrations géométriques, ces dernières années. Parmi les méthodes d’élaboration de semi-conducteurs ou de métaux, l’épitaxie par jets moléculaires, qui offre un excellent contrôle de la croissance cristalline, n’avait jusqu’alors jamais été mise en œuvre dans un microscope électronique en transmission opérationnel.

    Grâce à de nouveaux développements instrumentaux réalisés dans le cadre du projet de microscope NanoMAX, des chercheurs et ingénieurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Univ. Paris-Sud) et du Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (LPICM, CNRS/École Polytechnique) ont pu observer en temps réel et à l’échelle atomique la formation de nanofils d’arséniure de gallium (GaAs). Ces nanofils croissent à partir de jets de gallium atomique et d’arsenic moléculaire dirigés vers une fine membrane chauffante, transparente au faisceau électronique du microscope. La membrane est recouverte de nanoparticules d’or qui catalysent la croissance des nanocristaux. Avec cette préparation, les couches atomiques du réseau cristallin se construisent une à une, à l’interface entre le nanofil et la gouttelette de catalyseur.

    La formation d’une couche commence de façon convexe : elle minimise la longueur de ses bords. Puis la courbure s’inverse. Les bords de la couche s’allongent préférentiellement à la périphérie de la gouttelette. L’avancée se poursuit donc de façon concave jusqu’à ce que la couche soit complète. Cette progression permet au système de minimiser l’énergie mise en jeu. Les chercheurs ont interprété ces observations à l’aide d’un modèle simple basé sur la géométrie du système. Ils attribuent différentes énergies aux frontières de la couche en formation selon leur emplacement (au sein ou à la périphérie de la gouttelette).

    Plus généralement, l’utilisation de cet équipement totalement inédit qu’est NanoMAX ouvre l’accès à des informations capitales sur les mécanismes mis en jeu pendant la croissance de nanostructures, impliquant notamment la morphologie du catalyseur et des interfaces, le lieu de germination des couches, ou encore la cinétique d’avancée des marches atomiques. Ces informations conduisent à un contrôle accru des propriétés des nanocristaux. Enfin, ce dispositif instrumental unique permet d’étudier une large gamme de matériaux - semi-conducteurs, objets carbonés, métaux, oxydes- à partir d’autres sources de matière. Un bel outil pour faire progresser la science des matériaux !

    NanoMAX est l’un des trois piliers de l’Equipex TEMPOS, financé en 2010 par le Programme d’Investissements d’Avenir et piloté par Odile Stephan du Laboratoire de physique des solides, LPS (CNRS/Univ. Paris-Sud) à Orsay. Il a pour ambition de créer un pôle de microscopie électronique de rang mondial sur le plateau de Saclay. NanoMAX, installé sur le site de l’École polytechnique à Palaiseau, réunit dans le cadre de Paris-Saclay des chercheurs et des ingénieurs du CNRS, de l’École polytechnique, de l’Université Paris-Sud et du CEA. L’objectif de NanoMAX est d’observer la croissance de nanostructures en temps réel et à l’échelle atomique. Dans ce microscope de conception unique, on injecte des faisceaux de matière, gaz, radicaux gazeux ou jets moléculaires directement sur l’échantillon.

     

    En savoir plus
    Atomic step flow on a nanofacet
    J.-C. Harmand, G. Patriarche, F. Glas, F. Panciera, I. Florea, J.-L. Maurice, L. Travers et Y. Ollivier
    Physical Review Letters, 121, 166101 (2018)
    DOI : 10.1103/PhysRevLett.121.166101

    Contact chercheur
    Jean-Christophe Harmand, directeur de recherche CNRS au C2N

    Informations complémentaires
    -    Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Univ. Paris-Sud)
    -    Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (LPICM, CNRS/École Polytechnique)

     

    Figure : Croissance de la structure wurtzite en vue inclinée révélant une projection bidimensionnelle de la progression des marches atomiques. Les marches naissent à la ligne triple, frontière entre les phases solide, liquide et vapeur. Quand une monocouche atteint ≈75% de couverture de l’interface solide/liquide, on observe une inversion de la courbure du bord de marche, qui renseigne sur les énergies de bord mises en jeu. © C2N, CNRS/Université Paris-Sud


  • 25

    10/2018

    Des circuits intégrés photoniques pour la détection de gaz


      Delphine Marris-Morini.

    Actualité de l’Institut des sciences de l'ingénierie et des systèmes (INSIS) du CNRS du 15 octobre 2018.

    La lumière permet de détecter la présence de substances dans un milieu. Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies et de Politecnico Di Milano ont développé des circuits intégrés photoniques dans le moyen infrarouge, basés sur des guides d’ondes en silicium-germanium. Ces structures permettent de réaliser des capteurs intégrés, capables de détecter des concentrations de quelques centaines de ppm. Ces travaux sont publiés dans la revue Optical Materials Express.

    Dans la gamme spectrale du moyen infrarouge, la spectroscopie permet d’identifier et quantifier efficacement différentes substances chimiques et biologiques. Son exploitation dans diverses applications, en particulier portables, demande des composants compatibles avec cette gamme de longueurs d’onde. Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris-Sud) et de Politecnico Di Milano développent ainsi des circuits intégrés photoniques dans le moyen infrarouge, basés sur des guides d’ondes en silicium-germanium (SiGe). Ils ont démontré pour la première fois le potentiel de ces structures pour des capteurs intégrés.

    Les alliages SiGe offrent un contrôle souple des propriétés du guide, tout en bénéficiant de la transparence du germanium dans le moyen infrarouge. L’utilisation de guides en spirale permet d’augmenter la surface d’interactions tout en gardant un dispositif compact. La détection s’opère avec la partie évanescente du mode optique, la partie de l’onde qui se propage le long de la surface extérieure du guide. Elle entre ainsi directement en contact avec l’environnement à analyser. Comme première preuve de concept, les chercheurs ont réussi à détecter les raies spécifiques d’absorption entre 5,8 et 6,2 µm d’une résine déposée sur les guides en alliage SiGe. Les résultats obtenus ont montré que ces composants devraient permettre la détection du méthane à des concentrations de quelques centaines de ppm1, soit des quantités inférieures à la limite d’exposition professionnelle recommandée par les normes environnementales internationales.

    Ces travaux ont bénéficié d’une bourse ERC Starting Grant INSPIRE et de la plateforme RENATECH2 du C2N.

    Notes :
    1 ppm : parties par million, 1ppm = 1 mg/kg.
    2 RENATECH : réseau national des grandes centrales de micro-nanofabrication.

    Références :
    Mid-infrared sensing between 5.2 and 6.6 μm wavelengths using Ge-rich SiGe waveguides,
    Q. Liu, J. Manel Ramirez, V. Vakarin, X. Le Roux, A. Ballabio, J. Frigerio, D. Chrastina, G. Isella, D. Bouville, L. Vivien, C. Alonso Ramos, D. Marris-Morini,
    Optical Materials Express, 8 (5), 1305 (2018)
    DOI : https://doi.org/10.1364/OME.8.001305

    Contact : Delphine Marris-Morini, Professeur de l'Université Paris-Sud au C2N

    Figure : (a) : guides d’onde SiGe en spirale. (b) : comparaison entre les pertes du guide d’onde et le spectre d’absorption de la résine utilisée. Les pics d’absorption de la résine à 5,8 μm; 6,25 et à partir de 6,6 µm sont clairement visibles lors de la mesure de la transmission des guides d’onde. © C2N – CNRS/UPSUD


  • 24

    10/2018

    Un microsystème électromécanique récupérateur d’énergie pour implants médicaux


      Elie Lefeuvre.

    Cet article a été diffusé dans CNRS – La lettre Innovation d'Octobre 2018, rubrique « Brevets et licences ».

    Le microsystème électromécanique conçu et fabriqué au Centre de nanosciences et de nanotechnologies1, en collaboration avec le Laboratoire mécanique des sols, structures et matériaux2, est capable de récupérer l'énergie mécanique des battements du cœur. Ce dispositif breveté pourrait permettre d'alimenter en énergie un stimulateur cardiaque.

    Un stimulateur cardiaque autonome en énergie ? C'est possible, à condition de lui adjoindre un dispositif capable de délivrer une puissance de quelques microwatts sans avoir besoin d'être remplacé ou rechargé. Le tout dans un volume suffisamment petit pour se loger dans la capsule d'un pacemaker. Une solution prometteuse a été mise au point par une équipe du Centre de manosciences et de nanotechnologies1 et du Laboratoire Mécanique des sols, structures et matériaux2 : un microsystème électromécanique (Mems) capable de récupérer l'énergie mécanique des battements du cœur. Les chercheurs ont publié3 les résultats de leurs travaux, qui ont aussi donné lieu à un dépôt de brevet4.

    Pour capter l'énergie mécanique des battements cardiaques - l'accélération des parois du cœur à chaque contraction ou dilatation - les chercheurs ont choisi d'utiliser une structure bistable : une micro poutre prédéformée par combinaison ad hoc de formes vibratoires, qui bascule entre deux états stables lorsqu'elle reçoit une énergie mécanique. Ce type de dispositif est bien adapté aux battements de cœur, caractérisés par un spectre d'accélération variable, à très basses fréquences (1-40Hz). Mais une autre difficulté devait être résolue : l'influence de la gravité. Selon l'orientation du mouvement dans le champ de gravité, celle-ci peut limiter la sensibilité du capteur qui ne peut plus alors détecter les accélérations des parois du cœur. Les chercheurs ont trouvé une solution en ajoutant au dispositif deux ressorts, fabriqués en silicium en même temps que le reste du Mems, et dont la fonction est de compenser les effets de la gravité. La sensibilité est alors suffisante dans toutes les directions. La transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique, utilisable par le pacemaker, passe par un micro transducteur capacitif (un condensateur dont la distance entre les armatures varie).

    Pour réaliser ce Mems innovant, le Centre de nanosciences et de nanotechnologies a développé spécifiquement une technologie silicium-sur-verre, conçue pour être industrialisable. Depuis des années, ces chercheurs travaillent en collaboration avec de grands industriels des dispositifs médicaux implantables. « Des discussions sont en cours pour tester avec eux le nouveau dispositif, qui marque un progrès important en termes de miniaturisation », indique Elie Lefeuvre, Professeur de l’Université Paris-Sud au Centre de nanosciences et de nanotechnologies. Mais d'autres applications sont envisagées, dans les objets connectés et les réseaux de capteurs autonomes.

    1 Centre de nanosciences et de nanotechnologies (CNRS/Université Paris-Sud)
    2 Laboratoire mécanique des sols, structures et matériaux (CNRS/CentraleSupélec)
    3 Nonlinear electrostatic energy harvester using compensational springs in gravity field
    Bogdan Vysotskyi, Denis Aubry, Philippe Gaucher, Xavier Le Roux, Fabien Parrain et Elie Lefeuvre. Journal of Micromechanics and Microengineering, Volume 28, Number 7(1) (2018). DOI : http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6439/aabc90
    4 Brevet FR 30239993A1 « Dispositif électronique autonome à alimentation par transduction électrostatique produite par une capacité variable », en copropriété CNRS/Université Paris Sud, publié le 22/01/2016.

    • Contact : Elie Lefeuvre, Professeur de l’Université Paris-Sud au C2N

    Photo : Lefeuvre/C2N


  • 23

    10/2018

    Farsane Tabataba-Vakili, doctorante au C2N, est lauréate d’une bourse L’Oréal-UNESCO "Pour les femmes et la Science" 2018


      Farsane Tabataba-Vakili.

    Le programme L’Oréal-UNESCO "Pour les femmes et la science" 2018 a pour but de promouvoir les femmes en science et de les encourager à poursuivre leur carrière scientifique en récompensent de jeunes chercheuses en thèse ou en post-doc. Farsane Tabataba-Vakili, doctorante au C2N et à l’Institut Nanosciences et Cryogénie – INAC (CEA/Univ. Grenoble Alpes), est lauréate 2018 pour ses travaux "Optimiser l’éclairage par diodes électroluminescentes grâce aux micro et nanotechnologies".

    Au C2N, Farsane cherche à démontrer expérimentalement une technologie d’éclairage innovante, qui utilise des microlasers en nitrure, produisant de la lumière bleue qui excite des phosphores jaunes. « La micro et nanofabrication en salle blanche, c’est-à-dire la salle la plus propre possible pour pouvoir travailler avec des matériaux à l’échelle de dizaines de nanomètres, constituent mes principales activités. »

     

    Photo: Carl Diner pour la Fondation L’Oreal


  • 22

    10/2018

    Frédéric Pierre reçoit le Grand Prix Madame Victor Noury de l’Académie des Sciences


      Frédéric Pierre.

    Frédéric Pierre, directeur de recherche CNRS au C2N, s'est vu récompensé du Grand Prix Madame Victor Noury, née Catherine Victoire Langlois - Fondation de l'Institut de France 2018 lors d'une cérémonie qui s'est tenue à l’Académie des sciences, le 16 octobre 2018, sous la coupole de l’Institut de France.

    Frédéric Pierre est un jeune physicien de la matière condensée, expérimentateur très inventif, dont la production scientifique est en pleine ascension. Son travail se caractérise d’une part par la conception et fabrication de circuits électroniques quantiques originaux pour tester les fondements du transport quantique mésoscopique, mais aussi par la mise au point d’une instrumentation inégalée pour la mesure de leurs propriétés de transport électriques et thermiques à très basse température. Les travaux de Frédéric Pierre ont donné lieu à des avancées remarquables sur la physique des interactions électroniques dans les systèmes quantiques de basse dimensionnalité en testant des prédictions théoriques, non vérifiées pour l’heure expérimentalement, et en stimulant des développements nouveaux dans le domaine.

    Chaque année, l’Académie des sciences distingue des chercheurs qui, à travers l’originalité et la qualité de leurs parcours professionnels, contribuent au progrès de la connaissance et aux avancées de la recherche scientifique. Pour l’édition 2018, 31 grands prix et 36 prix thématiques ont été attribués.

     

    Photo issue de la retransmission de la cérémonie sur la chaîne Youtube de l'Académie des sciences


  • 22

    10/2018

    Ajuster la réflectance d'un verre tout en préservant sa qualité de transparence


      Béatrice Dagens.

    Cet article a été diffusé dans CNRS – La lettre Innovation de Septembre 2018, rubrique « Partenariat ».

    Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies1 de l'Institut Fresnel2 et du Groupe PSA ont conçu un support en verre novateur capable d'afficher des images virtuelles même dans des conditions d’éclairage ambiant défavorables, tout en restant transparent. Il pourrait déboucher sur des applications de réalité augmentée, notamment dans l'automobile.

    Avec un système de vision tête haute, le conducteur d'une voiture n'a plus besoin de baisser les yeux pour consulter son tableau de bord ou son GPS : les informations s'affichent directement en avant du pare-brise, sans l'obliger à quitter la route des yeux et tout en préservant une vision claire à travers le vitrage. Pour réaliser ce type d'affichage, qui intéresse aussi l'aéronautique et d'autres applications de « réalité augmentée », il faut un support qui réfléchit l'image que l'on y projette tout en restant parfaitement transparent. Le procédé novateur mis au point par des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies1 et de l'Institut Fresnel2, en collaboration avec le Groupe PSA, a pour but d'améliorer les performances d'un support d'affichage de réalité augmentée, en augmentant sa réflectance pour une certaine longueur d'onde, sans nuire à sa transparence. De plus, il permet de voir les données affichées quel que soit l'angle d'incidence (la position de la tête de l'observateur), et s'affranchit des problèmes de diffraction ou diffusion de la lumière qui pourraient nuire à la vision en transparence.

    Pour réaliser le support de réalité augmentée, les chercheurs ont développé une voie originale3 : la création de nanostructures - des nanoparticules d'argent de dimensions contrôlées - à la surface d'une plaque de verre. Ces nanoparticules créent localement un phénomène de résonance plasmonique4, responsable de l'augmentation de la réflectance du verre autour de la longueur d’onde choisie. Pour que le support reste transparent, les particules doivent être suffisamment espacées. Un réseau périodique a l'inconvénient d'engendrer de la diffraction, qui nuit à la qualité visuelle. Les chercheurs ont opté pour un agencement en « désordre corrélé », dans lequel la distance entre plus proches particules est presque constante. « L'agencement en désordre corrélé permet de s'affranchir des problèmes de diffraction sans pour autant engendrer de diffusion, elle aussi préjudiciable à la vision en transparence », indique Béatrice Dagens, directrice de recherche au Centre de nanosciences et de nanotechnologies.

    Des tests ont validé ces performances sur une surface d'affichage d'environ 1 cm2 et la technologie sera prochainement validée pour de plus grandes surfaces, en particulier à l'aide de techniques de nano impression.

    Le Centre de nanosciences et de nanotechnologies et le Groupe PSA ont par ailleurs décidé d'élargir leur collaboration en créant un laboratoire commun de recherche dans le domaine de l’optoélectronique et de la photonique. Plusieurs équipes du Centre de nanosciences et de nanotechnologies seront amenées à participer à cet « OpenLab », baptisé PhOVeA, pour Photonique et optoélectronique pour véhicules automobiles.

    1 CNRS/Université Paris-Sud

    2 CNRS/Aix-Marseille Université/École centrale Marseille

    3 Correlated Disordered Plasmonic Nanostructures Arrays for Augmented Reality, Hervé Bertin, Yoann Brûlé, Giovanni Magno, Thomas Lopez, Philippe Gogol, Laetitia Pradere,Boris Gralak, David Barat, Guillaume Demésy, and Beatrice Dagens. ACS Photonics, Mai 2018, DOI: 10.1021/acsphotonics.8b00168

    4 Le phénomène de résonance plasmonique résulte de l'interaction entre une onde électromagnétique et les électrons de conduction à la surface d'un métal. Ici, c'est l'interaction entre l'onde incidente et les nanoparticules d'argent, pour une longueur d'onde précise, qui crée une oscillation couplée avec les électrons (un « plasmon »). La nanoparticule se comporte alors comme une antenne qui ré-émet de la lumière : la réflexion de la lumière incidente est accrue.

    Illustration : Dagens/C2N


  • 10

    10/2018

    Simulation quantique de systèmes unidimensionnels avec un circuit à l'état solide


      Frédéric Pierre.

    Des chercheurs ont mis au point un circuit électronique capable de simuler la physique à N-corps attendue dans des systèmes quantiques à une dimension (1D), constitués de particules bosoniques ou fermioniques en interaction répulsive. Révélant les corrélations sous-jacentes, la présence d’une seule impureté induit chez les conducteurs à une dimension une transition vers un état isolant. En simulant cette transition, les chercheurs ont pu tester des aspects auparavant inaccessibles de la théorie fondamentale des systèmes quantiques à une dimension.

    Les corrélations fortes  entre de multiples particules donnent lieu à des états de la matière intrigants et à des comportements non conventionnels au potentiel immense. On pense que les transitions de phase quantiques à température nulle sont à la base d’un grand nombre de ces phénomènes. Cependant, la complexité des matériaux fortement corrélés du monde réel et le défi théorique posé même par des modèles simplifiés limitent notre compréhension microscopique. La réalisation de systèmes simples et bien caractérisés pour l'étude de la physique critique fortement corrélée et quantique est donc particulièrement désirable. Dans les systèmes à une dimension, l’augmentation des effets d’interactions aboutiet à des phases paradigmatiques d’une matière fortement corrélée décrite par le concept de «liquide de Tomonaga-Luttinger». Cependant, la transition de phase quantique métal-isolant induite même par une unique impureté en rend difficile l'exploration expérimentale. De plus, cette signature caractéristique des liquides de Tomonaga-Luttinger échappe encore à un traitement théorique complet.

    Une équipe de chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS/Université Paris-Sud – Université Paris Diderot) et du laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques – MPQ (CNRS/Université Paris Diderot) ont étudié de manière approfondie la physique collective à une dimension, et la transition de phase quantique métal-isolant qui en résulte, au moyen d'une simulation quantique avec un circuit nano-fabriqué. Leurs travaux ont été publiés dans Physical Review X, et ils ont fait l’objet d’un article ViewPoint* sur le site web “Physics” de l’American Physical Society.

    Leurs mesures révèlent les lois universelles de renormalisation vers un état isolant. Elles établissent une relation quantitative avec les paramètres du circuit et explorent le régime hors équilibre. Avec le simulateur quantique du nano-circuit d’abord établi par l'accord précis obtenu avec les prédictions théoriques, jusqu’à présent non testées  ainsi que de nouvelles prédictions, ils ont ensuite réalisé une simulation quantique au sens fort en élucidant des régimes théoriquement non résolus. La simulation quantique peut fournir une solution de contournement puissante aux difficultés théoriques et expérimentales, comme le montre un circuit quantique implémentant un analogue au liquide Tomonaga-Luttinger avec des interactions électroniques et une impureté ajustables.

    Leur approche ouvre la voie à l’investigation approfondie de diverses facettes de la physique corrélée et jette un éclairage nouveau sur la modification des propriétés de transport des composants quantiques lors de leur intégration dans un circuit. Il constitue également un point d’étape vers une simulation quantique de régimes inaccessibles aux méthodes théoriques.

    * Viewpoint: Circuit Simulates One-Dimensional Quantum System, Emanuele Dalla Torre and Eran Sela (September 19, 2018) - Physics 11, 94

     

    Référence :
    Circuit Quantum Simulation of a Tomonaga-Luttinger Liquid with an Impurity,
    A. Anthore, Z. Iftikhar, E. Boulat, F. D. Parmentier, A. Cavanna, A. Ouerghi, U. Gennser et F. Pierre
    Physical Review X - 8, 031075 (Septembre 2018)
    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.031075
    -    Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud/ Université Paris Diderot)
    -    Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques – MPQ (CNRS/Université Paris Diderot)

    Contact :
    -    Frédéric Pierre, directeur de recherche CNRS au C2N
    -    Anne Anthore, maître de conférences de l’Université Paris Diderot au C2N

     

    Figure : Trois systèmes physiques peuvent présenter la même transition de phase quantique entre un métal et l'isolant que l'on s’attend à produire dans un système 1D de particules quantiques, appelé liquide de Tomonaga-Luttinger (TLL), en présence d’une impureté. Les systèmes sont: deux supraconducteurs séparés par une couche résistive mince (en haut à gauche); un réseau d'électrons 1D en présence d'une impureté (en haut à droite); et un dispositif électronique de taille micrométrique constitué de nanocanaux connectés à un point quantique central (en bas). Ici les chercheurs ont utilisé ce dernier comme simulateur quantique, ce qui leur permet d'étudier les caractéristiques de la transition de phase TLL qui n’ont pas pu être déterminées dans les deux autres systèmes. (APS/Alan Stonebraker)


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    10/2018

    Le premier microlaser bleu intégré dans un circuit photonique en silicium


      Farsane Tabataba-Vakili.

    Un consortium de chercheurs a fabriqué le premier microlaser bleu intégré dans un circuit photonique. Ce dispositif est un pas vers la démonstration de la viabilité d’une plateforme photonique de semiconducteurs III-nitrures sur silicium.

    La nanophotonique sur plateforme silicium à base de semiconducteurs III-nitrures représente un nouveau champ de recherche excitant qui s’ouvre sur des applications potentielles dans une gamme spectrale allant de l’ultraviolet (UV) à l’infrarouge (IR). Ces applications pourraient toucher aux technologies innovantes d’affichage, d’éclairage, de communications, au traitement quantique de l’information ou encore aux applications bio-compatibles. Malgré des recherches intenses et l’obtention de briques de bases élémentaires, comme des microlasers individuels ou des circuits photoniques passifs, le couplage monolithique entre une source active dans le bleu et un circuit photonique manquait encore d’être démontré.

    Au sein d’un consortium de chercheurs français, Farsane Tabataba-Vakili, doctorante au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS/Univ. Paris-Sud) et à l’Institut Nanosciences et Cryogénie – INAC (CEA/Univ. Grenoble Alpes), a obtenu le premier microlaser bleu intégré dans un circuit photonique. Ce travail a été récemment publié dans la revue ACS Photonics. Farsane a reçu le prix du meilleur poster étudiant pour la présentation de ce travail durant la 34th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2018) qui s’est tenue à Montpellier du 29 Juillet au 3 Août 2018.

    Le dispositif monolithique consiste en un microdisque actif de 3-5 µm de diamètre couplé latéralement à un guide d'onde. Des réseaux de couplage aux extrémités du guide assurent l’extraction déportée de la lumière cohérente. L’interstice entre le microdisque et le guide d’onde est un paramètre clef qui doit être ajusté finement pour un couplage efficace de la lumière. Un des défis a été d’atteindre un espacement de moins de 100 nm grâce à la technologie sur les semiconducteurs nitrures développée dans l’équipe du C2N. Sous excitation optique de faible puissance, les chercheurs mesurent des facteurs de qualité chargés (facteurs Q) d’environ 2000 pour ces matériaux. Sous pompage optique impulsionnel, ils observent l’émission laser au-dessus d’un seuil de 15 mJ/cm2 par impulsion.

    À des fins d'intégration, l’injection électrique dans ces résonateurs de faible empreinte est actuellement en développement. Soutenus par un projet de recherche international*, dont Farsane est une personnalité très active, les chercheurs envisagent maintenant l’utilisation de microlasers bleus / UV pour réaliser des sources de lumière blanche hautement efficaces. En effet, contrairement aux LEDs blanches, les micro-émetteurs ne voient pas leur efficacité chuter à forte intensité, un phénomène limitant bien connu des technologies LEDs sous le terme anglais de « droop ».

    Ce travail représente ainsi un pas important pour montrer la viabilité d’une plateforme photonique de semiconducteurs III-nitrures sur silicium.

    * ANR MilaGaN : collaboration entre le C2N (CNRS/UPSud), le CRHEA (CNRS/ Univ. Côte d’Azur), l’INAC (CEA/Univ. Grenoble Alpes), le L2C (CNRS/Univ. Montpellier), et la Hong Kong University (HKU). Projet financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR-17-CE08-0043-02).

    Référence :
    Blue Microlasers Integrated on a Photonic Platform on Silicon,
    Farsane Tabataba-Vakili1,2, Laetitia Doyennette3, Christelle Brimont3, Thierry Guillet3, Stéphanie Rennesson4, Eric Frayssinet4, Benjamin Damilano4, Jean-Yves Duboz4, Fabrice Semond4, Iannis Roland1, Moustafa El Kurdi1, Xavier Checoury1, Sébastien Sauvage1, Bruno Gayral2 et Philippe Boucaud1,4
    ACS Photonics (Juillet 2018)
    DOI: 10.1021/acsphotonics.8b00542
    1 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS / Université Paris-Sud- Université Paris-Saclay)
    2 Institut Nanosciences et Cryogénie – INAC (CEA/Université Grenoble Alpes)
    3 Laboratoire Charles Coulomb - L2C (CNRS/Université de Montpellier)
    4 Centre de recherche sur l'hétéroepitaxie et ses applications - CRHEA (CNRS/Université Côte d’Azur)

    Contact :
    Farsane Tabataba-Vakili, Doctorante au C2N et à l’INAC

    Figure : Circuit photonique laser pour microdisque de III-nitrure constitué d'un disque couplé à un guide d'onde de bus terminé par des réseaux de couplage. © 2018 American Chemical Society

     


  • 3

    10/2018

    Anti-skyrmions : de nouveaux horizons pour les technologies de l’information


      Joo-Von Kim.

    Actualité de l’Institut des sciences de l'ingénierie et des systèmes (INSIS) du CNRS du 1er octobre 2018

    Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N) et leurs collègues européens ont modélisé les comportements surprenants des skyrmions, des particules magnétiques nanométriques et des anti-skyrmions, leurs antiparticules, dans un matériau ferromagnétique. Ces résultats publiés dans la revue Nature Electronics apportent de nouvelles connaissances précieuses pour les technologies de l’information.

    Les skyrmions, candidats prometteurs au stockage des données et aux technologies de l’information, sont des particules magnétiques nanométriques présentes à l’état excité au sein de matériaux métalliques1 . En théorie, les skyrmions et leur antiparticule - les anti-skyrmions - possèdent une propriété appelée « charge topologique » impactant leur dynamique. Ainsi, lorsque skyrmions et anti-skyrmions sont soumis à une force entraînant une bifurcation de l’un vers la droite alors l’autre bifurquerait vers la gauche. Toutefois, cela reste à confirmer, c’est pourquoi une collaboration internationale impliquant des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris-Sud) a modélisé le comportement de ces particules au sein d’un matériau ferromagnétique soumis à un courant électrique.

    Si la théorie est vérifiée pour de faibles courants, les chercheurs démontrent aussi que le comportement des anti-skyrmions diverge de celui attendu lorsque l’énergie apportée augmente. En effet, ceux-ci commencent à adopter une trajectoire courbe transitoire puis continue2 à mesure que le courant augmente alors que les skyrmions suivent un trajet linéaire permanent. Ces résultats montrent que des charges topologiques opposées peuvent se comporter différemment. Autre découverte à haute énergie, les anti-skyrmions créent périodiquement de nouvelles paires skyrmions/anti-skyrmions. Les skyrmions générés se propagent facilement alors que leurs antiparticules restent à l’endroit où elles sont créées et deviennent à leur tour de nouvelles sources de paires. Les chercheurs détectent alors un excès de skyrmions et donc un déséquilibre entre matière et antimatière dans les films magnétiques. Ce travail pourrait ainsi fournir des indices pour résoudre un autre mystère à l’échelle cosmologique, à savoir, pourquoi y a-t-il plus de matière que d’antimatière ?


    1 Par exemple, des films nanométriques magnétiques constituant les disques durs et les mémoires magnétiques du type « STT-RAM ».
    2 Dans ce cas, les trajectoires ressemblent à des trochoïdes semblables à la courbe tracée par la pédale d’un vélo sur une piste droite.

    Figure : Matière et antimatière dans l’univers magnétique à l’échelle nanométrique: Un gaz de skyrmions (violet) et d’antiskyrmions (vert) généré à partir de la dynamique trochoïdale d’une seule graine d’anti-skyrmion. © C2N

    Références :

    Trochoidal motion and pair generation in skyrmion and antiskyrmion dynamics under spin–orbit torques,
    U. Ritzmann, S. von Malottki, J. Kim, S. Heinze, J. Sinova, B. Dupé.
    Nature Electronics, vol. 1, 451-457 (2018)
    DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-018-0114-0


    Contact chercheur :
    Joo-Von Kim – chargé de recherche CNRS au C2N


    Contact communication INSIS :
    insis.communication@cnrs.fr


  • 24

    09/2018

    Le Groupe PSA et le C2N créent un laboratoire commun de recherche dans le domaine de l’optoélectronique et de la photonique.


      Béatrice Dagens.

    Le 12 Juillet 2018, des membres de la Direction scientifique du Groupe PSA ont rencontré des équipes du département Photonique du C2N pour le lancement de l’Openlab PhOVeA.

     

    Le Centre de nanosciences et de nanotechnologies – C2N (CNRS/Univ. Paris-Sud) et le Groupe PSA ont décidé d'élargir leur collaboration datant de plusieurs années, en créant un laboratoire commun de recherche dans le domaine de l’optoélectronique et de la photonique. Plusieurs équipes du C2N seront amenées à participer à cet Openlab, baptisé PhOVeA, pour « Photonique et optoélectronique pour véhicules automobiles ».

    Pour le Groupe PSA, ce type de partenariat sous forme d’un laboratoire sans murs est une occasion pour mener des recherches sur des sujets pouvant déboucher sur des technologies à l’horizon de 10 ans, grâce à des compétences scientifiques non présentes en interne. Le C2N, et en particulier l’équipe de Béatrice Dagens, Directrice de recherche CNRS, collabore déjà depuis plusieurs années avec PSA notamment avec une chaire Optoélectronique et Photonique financée entre 2012 et 2015 qui a permis le recrutement de plusieurs doctorants et post-doctorants. L’OpenLab lancé ce mois de juillet 2018 est une étape supplémentaire pour renforcer cette collaboration.

    Un résultat phare issu de cette collaboration est la publication récente dans la revue ACS Photonics de travaux sur la réalisation d’un « miroir de verre semi-réfléchissant à base de nanoparticules métalliques » qui est un pas de plus vers une technologie applicable à l’automobile, la « vision tête haute ».

    - Lire l'article paru dans CNRS La lettre innovation en Septembre 2018 : Ajuster la réflectance d'un verre tout en préservant sa qualité de transparence

    Le laboratoire commun C2N-PSA permettra de traiter de nouveaux sujets de recherche d’intérêt pour des applications automobiles, avec un programme scientifique à 4 axes :

    - Systèmes holographiques compact et ultracompact
    - Optimisation des propriétés optiques des surfaces

    - Affichage, éclairage, signalisation sur substrat transparent, souple ou transparent
    - Optique et plasmonique pour les capteurs et la connectivité

     

    Ces thématiques adressent tous les challenges de l’automobile en photonique. On peut noter les travaux de recherches suivants, menés au C2N sur ces thématiques :

    - Béatrice Dagens, directrice de recherche CNRS / thèse de Benjamin Leroy : solution compacte de plaque éclairante pour dispositif holographique
    - Aloyse Degiron, chargé de recherche CNRS / thèse CIFRE de Faten Ben Chaabane : sources cohérentes pour l’affichage d’hologramme – LED superradiantes

    - Anatole Lupu, directeur de recherche CNRS : Hologrammes à résolution nanométriques et reconfigurables qui pourrait permettre d’afficher un hologramme digital
    - Maria Tchernycheva, chargée de recherche CNRS : LED flexible à base de nanofils

     

    Figure : Béatrice Dagens présente les travaux sur la solution compacte de plaque éclairante pour dispositif holographique © C2N / CNRS


  • 13

    08/2018

    Hung-Ling Chen, doctorant au C2N, est lauréat du Best Student Paper Award à la conférence WCPEC-7


      Andrea Cattoni.

    Hung-Ling Chen, doctorant au C2N (équipe Sunlit), a reçu le Best Student Paper Award du Domaine 1 (Mécanismes de conversion fondamentaux) lors de la 7ème World Conference on Photovoltaic Energy Conversion pour ses travaux sur les “cellules solaires GaAs ultrafines efficaces à 19.9% avec rétroréfléchissement nanostructuré avec absorption résonante multiple et extraction par luminescence améliorée”.

    Ce Best Student Paper Award reconnait le travail exceptionnel d'un étudiant dans un domaine technique. En plus de juger le contenu technique du travail de l'étudiant, les présentations orales et le rôle de l'étudiant dans le travail sont évalués. Un "Best Student Paper Award" est décerné pour chaque domaine technique de la conférence WCPEC-7.


  • 27

    07/2018

    De nouvelles possibilités en microscopie optique dans l’espace des k


      Bernard Bartenlian.

    Actualité de l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay du 25 juillet 2018

    Des chercheurs de l’ISMO et du C2N publient la première étude exhaustive des effets et artefacts par lesquels se forme l’image en microscopie optique du plan de Fourier, sur des échantillons périodiques. Ces artefacts, utilisés pour dépasser la limite de diffraction, peuvent être exploités, par exemple, pour des applications au nano-positionnement et à l’autofocus en microscopie optique. Ces travaux sont publiés dans Journal of Applied Physics et l’article fait l’objet d’une brève sur le site Scilight de l’AIP.

    La microscopie optique dans l’espace des k (ou imagerie du plan de Fourier) est une technique de plus en plus utilisée dans tous les domaines de la photonique, des biocapteurs aux cristaux photoniques, aux plasmons et aux molécules uniques. Elle consiste en l'imagerie du plan focal arrière d'un objectif de microscope (« k » fait référence aux coordonnées de l’espace de Fourier). Cependant, les performances de cette technique dans diverses conditions d'illumination, ainsi que ses artefacts et les moyens de surmonter ou même de bénéficier de ces artefacts, n'ont pratiquement pas été abordés dans la littérature.

    Dans cet article, une équipe de l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay - ISMO (CNRS/UPSUD) et une équipe du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/UPSUD) ont fourni ensemble une description détaillée des performances et des artefacts inhérents à la microscopie optique dans l’espace des k pour l'étude de réseaux périodiques de nanoparticules. Ils ont utilisé les diverses configurations d'éclairage disponibles sur un microscope optique inversé, c'est-à-dire avec une lumière transmise ou réfléchie, collimatée ou focalisée, cohérente ou incohérente. Le but de ce travail est d'aider les lecteurs à exploiter tout le potentiel de cette technique et à favoriser le développement d'applications innovantes.

    Parmi les résultats les plus intéressants figurent les images de microscopie optique dans l’espace des k d'échantillons périodiques illuminés en réflexion avec un faisceau laser focalisé. Ces images résultent de l'interférence des faisceaux lumineux réfléchis et diffractés. Des informations cruciales contenues dans la phase du champ, qui peuvent être liées soit à la géométrie de l'échantillon, soit à la position relative du point focal et de l'échantillon, sont ainsi converties en variations d'intensité. Ceci peut être utilisé pour le contrôle précis de la position de l'échantillon en microscopie optique, avec une précision bien au-delà de la limite de diffraction de la lumière. Les retombées technologiques de ces résultats sont des applications potentielles à l'autofocus et au repositionnement dans des dispositifs optiques, par exemple dans les opérations d'écriture et de lecture pour le stockage de données optique.

    Source : k-space optical microscopy of nanoparticle arrays: opportunities and artifacts,” Jean-François Bryche, Grégory Barbillon, Bernard Bartenlian, Gérald Dujardin, Elizabeth Boer-Duchemin, Eric Le Moal, Journal of Applied Physics (2018).

    Contact :

    • Eric Le Moal, Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (CNRS - Université Paris-Sud)
    • Bernard Bartenlian, Chargé de recherche CNRS au C2N
    • Jean-François Bryche, Doctorant au C2N

  • 6

    07/2018

    Quandela, une spin-off du CNRS lauréate du Grand prix i-LAB 2018


      Pascale Senellart.

    La start-up Quandela, cofondée par Valérian Giesz, Niccolo Somaschi et Pascale Senellart, directrice de recherche CNRS, a reçu l’un des 14 Grands Prix du concours national d’aide à la création d’entreprises de technologies innovantes i-LAB 2018 des mains de Frédérique Vidal, Ministre de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche.

    A partir d'une technique de lithographie développée au Centre de nanosciences et de nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud), Quandela fabrique et commercialise des sources de lumière délivrant un photon unique à chaque impulsion de lumière. Ces sources de lumière fonctionnent à une température cryogénique. Elles ont l'avantage d'émettre avec une très bonne efficacité des photons uniques aux caractéristiques identiques ce qui en fait des outils de choix pour les chercheurs et industriels de la photonique quantique, et plus largement la recherche en physique quantique.

    Issue de recherches fondamentales du plus haut niveau effectuées depuis de nombreuses années par Pascale Senellart, médaillée d’argent du CNRS en 2014, la technologie de source de photons uniques développée par Quandela suit désormais un procédé de fabrication robuste et reproductible. Cela a été rendu possible notamment grâce aux programmes de prématuration du CNRS et du labex Nanosaclay en 2016, avant la création de Quandela en 2017. En juin 2018, Quandela a installé avec succès sa première source de photons uniques chez un premier client à l’Université de Brisbane en Australie.

    Le Grand Prix i-Lab est accompagné d’une aide financière importante. Cette subvention permettra à Quandela de développer une nouvelle gamme de sources de photons uniques intégrées et plus simples d’utilisation et d’initier leur industrialisation.

     

    Le jury national 2018, présidé par Ludovic Le Moan, directeur général de Sigfox, a distingué 64 lauréats parmi les 383 candidatures reçues cette année. Parmi eux, 14 Grands Prix récompensent les projets les plus remarquables, qui s’inscrivent dans l’un des dix défis sociétaux définis par l’agenda France Europe 2020.

    Pour la première fois, les Grands Prix seront tous accompagnés par un parrain, entrepreneur chevronné qui les aidera à relever un défi important dans leur développement, tel que la réalisation d’une première levée de fonds ou l’introduction de leur produit sur le marché. Pierre Barnabé, directeur général Big Data et Sécurité chez Atos, a accepté d’être le parrain de Quandela, inaugurant un rapprochement entre les deux entreprises autour des technologies de l’information quantique.

    Voir la présentation de Quandela (à 42'00) lors de la cérémonie I-lab 2018 :

    #20ansiLab 🎥 Vivez en #Live la cérémonie de remise des prix i-Lab 2018 avec @VidalFrederique https://t.co/TeDfksOoOI

    — Sup-Recherche-Innov (@sup_recherche) 5 juillet 2018

     


  • 5

    07/2018

    Delphine Marris-Morini reçoit le prix Fabry - de Gramont 2017 de la SFO


      Service communication.

    Le prix Fabry - de Gramont 2017 de la Société Française d'Optique (SFO) a été décerné à Delphine Marris-Morini, Professeure de l'Université Paris-Sud au C2N, lors de la conférence Optique Toulouse 2018.

    Le prix récompense une jeune chercheuse ou un jeune chercheur (moins de 40 ans), reconnus internationalement, dont les travaux de recherche ont été remarqués pour leur qualité, leur originalité et leur impact potentiel.

    Delphine Marris-Morini est récompensée pour ses travaux dans le domaine de la photonique sur silicium, les dispositifs optoélectroniques intégrés, les propriétés optiques des hétérostructures à puits quantiques et les circuits intégrés photoniques dans le moyen infrarouge.


  • 18

    06/2018

    Repousser la limite de la conductance d’un matériau en contrôlant les interactions entre électrons


      Frédéric Pierre.

    Actualité de l’Institut de physique du CNRS du 15 juin 2018

    Des physiciens ont observé que le courant électrique peut dépasser la limite quantique théorique de conductance, en exploitant les corrélations se développant au voisinage d’une transition de phase quantique.

    Jusqu’où peut monter la conductance électrique ? A l’inverse de la résistance, cette quantité mesure la facilité avec laquelle passe le courant. En physique fondamentale, la conductance constitue un outil de caractérisation de tout premier plan. Dans les puces électroniques, augmenter la conductance de pistes permettrait de réduire le chauffage qui limite les performances.

    La théorie standard du transport quantique prédit cependant une limite supérieure pour la conductance, même en l’absence de défauts. Cette limite reflète le fait que les électrons traversant un conducteur étroit doivent passer les uns à la suite des autres, avec chacun une extension minimale imposée par la mécanique quantique. Toutefois, lorsque les interactions sont très fortes, on ne peut plus considérer les électrons séparément. On se trouve alors dans un état intermédiaire, entre les électrons libres et la supraconductivité. Cette limite peut alors être dépassée par un effet d’entrainement qui s’apparente à un comportement visqueux du fluide électronique. Ce phénomène vient tout juste d’être mis en évidence dans le graphène, à l’université de Manchester.

    Des chercheurs l’ont désormais observé dans un circuit quantique où l’amplitude du dépassement de la limite standard de conductance, ainsi que la gamme de température où il se produit, peuvent être contrôlés in situ. Pour ce faire, les physiciens du Centre de nanosciences et de nanotechnologies - C2N (CNRS/UPSud/Univ. Paris Diderot), en collaboration avec des théoriciens des universités College-Dublin, Paris-Sud et Paris Diderot, exploitent les corrélations électroniques qui se développent au voisinage d’une transition de phase quantique se produisant à quelques millièmes de degrés au-dessus du zéro absolu.

    Au cœur du circuit quantique se trouve un îlot métallique réglé pour que l’augmentation de sa charge par un électron ne change pas son énergie. C’est fondamental, car ainsi le système ne gèlera dans aucun de ces deux états (avec une charge supplémentaire ou sans charge supplémentaire), même aux plus basses températures. Tandis que dans le cas contraire, le système se figerait dans l’état de plus basse énergie et l’on perdrait ce degré de liberté que constitue l’ajout d’une charge. Or, c’est le couplage de cette charge avec les électrons entrant et sortant de l’îlot par trois petits contacts individuellement ajustables qui génère de fortes corrélations entre ces électrons et l’apparition d’une transition de phase quantique. L’existence même et l’amplitude du dépassement de la limite standard de la conductance est alors contrôlé par le degré de symétrie entre les différents contacts.

    Ce travail publié dans la revue Science ouvre un chemin de recherche pour l’électronique basse puissance. Le dispositif implémenté n’a pas d’applications mais constitue un système d’étude modèle. Plus généralement, ce travail s’inscrit dans l’exploration d’une large variété de phénomènes non-conventionnels associés aux transitions de phase quantiques.

    Figure : Evolution en fonction de la température des conductances de 3 contacts quantiques connectés en parallèle à un petit îlot métallique. Chaque flèche colorée représente la variation de la conductance G2 d’un des contacts en fonction de la conductance des deux autres contacts (réglés tels que G1=G3) lorsque la température varie de 55 mK à 8 mK pour des configurations initiales différentes. La conductance G2 dépasse la limite quantique e2/h (e est la charge de l’électron et h la constante de Planck) dans la zone grisée en raison de fortes corrélations électroniques. Les lignes grises représentent les prédictions théoriques (NRG) pour une toute petite asymétrie. © C2N, CNRS/UPSud/Univ. Paris Diderot

     

    En savoir plus
    Tunable quantum criticality and super-ballistic transport in a “charge” Kondo circuit
    Z. Iftikhar, A. Anthore, A. K. Mitchell, F. D. Parmentier, U. Gennser, A. Ouerghi, A. Cavanna, C. Mora, P. Simon, F. Pierre
    Science (2018), doi:10.1126/science.aan5592

    • Lire l’article sur la base d’archives ouvertes ArXiv

     

    Contact chercheur

    Frédéric Pierre, directeur de recherche CNRS

     

    Informations complémentaires
    -    Centre de nanosciences et de nanotechnologies - C2N (CNRS/Université Paris-Sud-Université Paris-Saclay)
    -    Laboratoire Pierre Aigrain – LPA (CNRS/ENS Paris/Univ. Paris Diderot/Sorbonne Université)
    -    Laboratoire de physique des solides – LPS (CNRS/Univ. Paris-Sud)
    -    University College Dublin, Irlande

     


  • 13

    06/2018

    Olivier Dalstein, doctorant au C2N, reçoit un prix de thèse 2018 de la Société Chimique de France


      Andrea Cattoni.

    6 prix de thèse ont été décernés à de jeunes chercheurs lors de la Journée des Jeunes Talents de la Chimie en Ile-de-France, organisée le 4 juin 2018 par le bureau Ile-de-France de la Société Chimique de France (SCF), pour récompenser l’excellence de leurs travaux.

    Olivier Dalstein, qui a effectué sa thèse de 2014 à 2017 au Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris - LCMCP (CNRS/Sorbonne Université/Collège de France) et au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS/Univ. Paris-Sud) avec Andrea Cattoni, a reçu le prix industriel sponsorisé par l’entreprise Ynsect.

    Le but sa thèse, intitulée « Nanoporous thin films structured by Top-Down & Bottom-Up approaches: towards smartphone-compatible optical sensors », était d’appliquer des techniques de micro/nano-fabrication (Soft Nanoimprint Lithography, Crack-Patterning…) à des matériaux nanoporeux originaux (MOF, sol-gel) afin de fabriquer des capteurs photoniques utilisés pour la détection de polluants atmosphériques comme les COV. Les réponses optiques structures fabriquées (ex : réseaux de diffraction) sont mesurées directement avec une caméra CCD ou de smartphone. Ces travaux ont mené à 4 publications et un brevet international.


  • 25

    05/2018

    Etudier les couches minces magnétiques par analogie avec la physique des bulles de savon


      Nicolas Vernier.

    Des physiciens ont étudié des films minces de matériau magnétique en appliquant des concepts de la physique des bulles de savon. Cette approche, qui n’avait pas été employée jusqu’ici, a permis d’expliquer de nouveaux phénomènes.

    Il existe une très intéressante analogie entre la physique des couches minces magnétiques et celles des bulles de savon : dans les deux cas, il est possible de raisonner en termes d'interfaces, d'énergie associée à la superficie de celles-ci et de différence de pression de part et d'autre d'une interface. En physique des couches minces, le film de savon est remplacé par la paroi de domaines magnétiques, qui sépare deux zones dans lesquelles l'aimantation est uniforme. Et la pression du gaz contenu dans les bulles de savon est remplacée par l'action du champ magnétique (B) appliqué, qui crée une différence de pression (valant 2MB, M étant la densité d'aimantation). Ces concepts élémentaires ont été utilisés par les spécialistes des bulles de savon et ont permis d'expliquer de manière simple de nombreuses propriétés observées. Dans le cas des couches minces magnétiques, malgré ses atouts, cette approche n'a pas vraiment été employée.

    Des chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud),en collaboration avec l’Université Beihang en Chine et le laboratoire Spintec (CEA/CNRS/Univ Grenoble Alpes), ont observé dans des films ultradoux de CoFeB des phénomènes similaires à ceux connus pour les bulles de savon, et ils ont pu montrer que l’analogie s'imposait. Pour commencer, ils ont pu constater que des domaines magnétiques de forme hémicirculaire n'étaient pas stables en champ nul. Ce premier effet s'explique grâce à la pression de Laplace induite par la courbure de la paroi, qui tend à réduire le rayon du domaine hémicirculaire qu'elle délimite. En déterminant le champ extérieur qu'il faut appliquer pour stabiliser le domaine, ils ont pu déterminer l'énergie de tension interfaciale associée à la paroi. Ils ont aussi pu observer la répulsion entre deux domaines presque en contact : de manière totalement analogue à l'expérience classique des bulles de savon en contact, où la grosse bulle "mange" la petite, le gros domaine écrase le petit. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Physical Review Applied.

    L'approche adoptée ici permet aussi d'expliquer un phénomène de piégeage des parois de domaines magnétiques très usuel, qui se produit au niveau d'un élargissement brutal de la section du nanofil. Ce piégeage s'explique par la force de tension interfaciale qui s'exerce au niveau de l'élargissement, qui tend à retenir la paroi et qu'il faut vaincre. La mesure du champ nécessaire au dépiégeage apparait comme une deuxième méthode pour mesurer directement l'énergie interfaciale de paroi. Cette énergie est un paramètre très important mais qui restait un paramètre difficile d'accès car les expériences permettant de la mesurer étant susceptibles d'être biaisées par de redoutables artéfacts, c’est-à-dire des signaux artificiels liés à la méthode expérimentale qui provoquent une erreur d'analyse. Ces expériences offrent enfin une méthode de mesure fiable, avec une compréhension des phénomènes simple et intuitive.

    Figure : Images Kerr (la partie sombre correspond à la zone où l'aimantation a été retournée) successives qui montrent l'effondrement spontané de la demi-bulle sur elle-même après sa création à l'aide d'une impulsion de champ magnétique à l'instant t=0. Les différents instants sont indiqués dans la partie supérieure gauche des images. Après l'impulsion de champ initiale, durant toute cette évolution, le champ magnétique au niveau de l'échantillon était nul. D'après X. Zhang - C2N (CNRS/Univ. Paris-Sud)
     

    Référence :
    Direct Observation of Domain-Wall Surface Tension by Deflating or Inflating a Magnetic Bubble
    X. Zhang, N. Vernier, W. Zhao, H. Yu, L. Vila, Y. Zhang et D. Ravelosona
    Physical Review Applied (2018)

    DOI: doi:10.1103/PhysRevApplied.9.024032

    -    Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud/Université Paris Diderot)
    -    Fert Beijing Institute, School of Electronic and Information Engineering, Beihang University, China
    -    Unité Spintronique et technologie des composants -  SPINTEC (CEA/CNRS/Université Grenoble Alpes)

    Contact :

    -    Nicolas Vernier, Enseignant chercheur Université Paris-Sud au C2N


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    05/2018

    Pascale Senellart-Mardon élue au statut de Fellow Member 2018 de l'Optical Society of America


      Service communication.

    Pascale Senellart-Mardon, directrice de recherche CNRS au C2N, a été élue Fellow Member 2018 de l'Optical Society of America (OSA) lors de la conférence CLEO sur la science des lasers et leurs applications en photonique, qui s'est tenue en Mai 2018 à San Jose en Californie.

    Elle a été élue pour “l'invention de la lithographie optique in-situ, couplant des boîtes quantiques et des cavités optiques avec une précision nanométrique, réalisant des sources de photons uniques et intriqués aux performances inégalées qui ouvrent un bel avenir aux technologies quantiques optiques”.

    Photo : Pascale Senellart-Mardon élue Fellow Member 2018 par Ursula Gibson, Présidente-Elue de l'OSA © OSA

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    05/2018

    Emission « super-thermique » de photons par des nanolasers couplés


      Alejandro M. Yacomotti.

    Actualité de l’Institut de physique du CNRS du 27 avril 2018

    En couplant deux nanolasers, des physiciens ont pu générer un système hors-équilibre émettant des bouffées de photons fortement corrélés, dits « super-thermiques ». Cette approche ne se limite pas à l’émission laser mais peut être étendue à d’autres systèmes nanométriques.

    Du fait de leur faible taille, les nanolasers possèdent des propriétés remarquables, notamment une faible consommation et une faible dimension. Ils font l’objet de nombreuses études visant des applications diverses, des télécommunications à l’information quantique. En les couplant d’une manière compacte, il est possible de réaliser une ingénierie de la statistique des photons émis, produisant notamment des fortes corrélations, ce qui constitue un atout pour des applications telles que la conversion non-linéaire d’énergie, l’imagerie « fantôme » qui se développe en astrophysique ou encore l’information quantique.

    Lorsque le couplage entre les nanolasers est faible, on peut distinguer l’émission de chacun d’eux. En revanche, si le couplage est fort, les photons se distribuent entre deux modes, hybrides, peu sensibles aux perturbations. C’est l’échange d’énergie entre ces modes qui est étudié ici lorsque le système est excité par des impulsions lasers plus courtes que les temps caractéristiques électroniques mis en jeu. Cette excitation place le système hors équilibre. L’un de ces modes se comporte alors comme un laser et est soumis à des faibles fluctuations, tandis que l’autre passe sur un régime d’émission spontanée très particulier. Il émet des bouffées de photons avec une statistique dite « super-thermique » : les photons ne sont pas émis un par un ou en continu, mais par bouffées où les photons sont concentrés dans des temps courts. Cette démonstration a été rendue possible par la mise en place d’un dispositif original permettant la mesure de la statistique complète des photons émis, malgré les temps très brefs mis en jeu, pour lesquels il n’existe pas de détecteurs suffisamment rapides. Les chercheurs visent désormais à obtenir ce même type de mesure avec très peu de photons, en régime quantique.

    Cette technologie ne nécessite pas d’ingénierie particulière des émetteurs ni une interaction entre modes, contrairement aux résultats connus à ce jour. De ce fait, l’approche peut être transposée à bien d’autres systèmes. Les chercheurs ont ainsi démontré que la statistique « super-thermique » par mise hors-équilibre d’un système, est générique. C’est le cas par exemple d’expériences sur le mouvement brownien appliqué au pollen en suspension. Dans cette analogie, les grains de pollen et leur énergie potentielle sont assimilables aux photons. Le système est mis hors-équilibre grâce à une brutale chute de la température. Nous observons alors que le mouvement des grains suit également une statistique « super-thermique ».

    L’étude des systèmes nanométriques et à faible nombre de photons hors-équilibre, encore balbutiante, s’avère donc particulièrement prometteuse. Ce travail, publié dans la revue Physical Review X par une équipe de physiciens du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris-Sud) a été réalisé en collaboration avec l’Université des îles Baléares.

    Figure : Réponse simulée des nanolasers couplés sous excitation d’une impulsion courte montrant la distribution de la différence de population entre les modes et plus généralement la distribution du champ optique. © A. M. Yacomotti, C2N (CNRS/Univ. Paris-Sud)
     

    Référence :
    Far-from-equilibrium route to superthermal light in bimodal nanolasers
    M. Marconi, J. Javaloyes, P. Hamel, F. Raineri, A. Levenson et A. M. Yacomotti
    Physical review X (2018)

    DOI: doi.org/10.1103/PhysRevX.8.011013

    -    Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud/Université Paris Diderot)
    -    Departament de Física, Universitat de les illes Balears, Spain

    Contact :

    -    Alejandro M. Yacomotti, chargé de recherche CNRS


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    05/2018

    Participation du C2N aux Journées Nano, Micro, et Opto-électronique (JNMO)


      Service Communication.

    Du mercredi 13 au vendredi 15 juin se tiendront  au Cap Esterel- Agay les 16émes JNMO ( Journées Nano, Micro, et Opto-électronique) organisées par le CRHEA - Centre de Recherche sur l'Hétéro-épitaxie et ses Applications.

    Avec plus de 30 ans d’existence ces journées rassemblent, tous les 2 ans, la communauté scientifique française concernée par l’élaboration, la physique et l’intégration de composants et nanodispositifs ayant principalement pour finalité la microélectronique ou l’optoélectronique. Les domaines scientifiques couverts sont larges, allant de l’étude fondamentale du matériau et des nanostructures jusqu’à celle des composants et de leur intégration dans les systèmes, avec un accent particulier autour des thématiques suivantes:

    • Micro-nano-technologies et systèmes
    • Nouveaux matériaux et nanostructures
    • Caractérisation structurale, optique et électrique des semiconducteurs
    • Physique des structures de basse dimensionnalité
    • Micro et nanophotonique, cristaux photoniques, métamatériaux, plasmonique
    • Composants photoniques, intégration photonique et optoélectronique
    • Composants électroniques et intégration micro-nano-électronique
    • Composants et technologies THz

    La diversité thématique qui y est abordée offre un large choix de présentations tel que sur « les nanolasers à semiconducteurs et leurs applications » de Fabrice Raineri (Maître de Conférence Université Paris Diderot au C2N) ou encore sur la croissance de nanofils III-V observée en temps réel avec la résolution atomique » de Jean-Christophe Harmand (Directeur de recherche CNRS au C2N) mais également d’opportunité de représentativité au sein du comité scientifique où seront présents nombre de membres du C2N avec notamment Frédéric Aniel (Professeur Université Paris-Sud), Jean-Luc Pelouard (Directeur de recherche CNRS) et Isabelle Sagnes (Directrice de recherche CNRS).


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    05/2018

    Un nouveau dispositif de mémoire résistive basé sur des nanopiliers magnétiques entourés de filaments résistifs en silicium


      Dafiné Ravelosona.

    Des chercheurs ont réalisé des nanopilliers magnétiques entourés par des filaments résistifs de silicium qui ont été utilisés pour développer une nouvelle mémoire « memrésistive ».

    Les mémoires émergentes non volatiles (NVMs) combinées à de nouvelles architectures de calcul sont considérées aujourd’hui comme la solution la plus prometteuse pour résoudre les limitations de systèmes de calcul basés  sur une architecture de type Von-Neumann. Par exemple, de nouvelles architectures de calcul du type « in-Memory »  basées sur l’intégration de la mémoire avec les fonctions logiques  ont été proposées pour minimiser la consommation électrique et développer des architectures de calcul « normally-off/ instant-on ». Dans ce contexte, deux des mémoires non volatiles les  plus prometteuses, les mémoires magnétiques à accès aléatoires (MRAM) et les mémoires résistives à accès aléatoires (RRAM), ont attiré recemment un grand intérêt mais chacune de ces technologies présente des limitations en terme de performances.

    Dans cet article, une collaboration entre le département Nanoélectronique du C2N et Beihang University en Chine a démontré un nouveau dispositif « memristor » combinant les avantages des mémoires MRAM et RRAM dans un seul élément. Le nano-composant est basé sur une jonction tunnel magnétique entourée de filaments de silicium résistifs. Ce système offre une commutation rapide par couple de transfert de spin pour le calcul et une commutation résistive multi-niveaux pour le stockage de données. Ces travaux sont publiés dans le magazine Advanced Electronic Materials.

    Cette nouvelle approche  permet d’envisager de nouvelles fonctionnalités qui ne sont pas réalisables par les mémoires non volatiles conventionnelles, comme le calcul “in-memory”, le calcul bio-inspiré ou les architectures Non Von-Neumann.

    Figure : Ce travail a été publié dans la revue Advanced Electronic Materials (volume 4, issue 3, Mars 2018) et a été choisie pour faire la couverture du numéro.
     

    Référence :
    Memristors: Heterogeneous Memristive Devices Enabled by Magnetic Tunnel Junction Nanopillars Surrounded by Resistive Silicon Switches,
    Y. Zhang, X. Lin, J.-P. Adam, G. Agnus, W. Kang, W. Cai, J.-R. Coudevylle, N. Isac, J. Yang, H. Yang, K. Cao, H. Cui Deming Zhang, Y. Zhang, C. Zhao, W. Zhao, D. Ravelosona, Advanced Electronic Materials (2018)
    DOI: https://doi.org/10.1002/aelm.201870014  

    -    Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud)
    -    Fert Beijing Institute, Beihang University - Beijing, China
    -    Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences - Beijing, China

    Contact :

    -    Dafiné Ravelosona, Directeur de recherche CNRS au C2N


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    04/2018

    Un pas vers les puces miniatures intelligentes


      Damien Querlioz.

    Alerte presse CNRS du 18 avril 2018

    Des chercheurs de l’Unité mixte de physique CNRS/Thales et du Centre de nanosciences et de nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud), en collaboration avec des scientifiques japonais, a développé un nouveau type de nano-neurone sensoriel. Il utilise cette fois1 les propriétés du superparamagnétisme2 pour mimer au mieux les propriétés des parties sensorielles du système nerveux. Les chercheurs se sont inspirés des assemblées de neurones, capables de propager un apprentissage à une population plus vaste lorsqu’une tâche leur est apprise. Les fonctions une fois implémentées permettent, par exemple, aux nano-neurones de décoder et, s’il le fallait, reproduire des lettres cursives. Une innovation dans le domaine des nanotechnologies qui puise son inspiration dans les neurosciences en imitant les stratégies utilisées par les cortex visuel et moteur. À terme, les chercheurs projettent d’assembler, en collaboration avec d’autres laboratoires, plusieurs types de nano-neurones et nano-synapses afin de créer un seul et même réseau neuromorphique. Un futur système nerveux artificiel qui impliquerait pour l’équipe d’élaborer des réseaux de plus en plus complexes regroupant les fonctions sensorielles (vue, toucher…) en utilisant moins d’énergie que les actuels ordinateurs.

    Cet article a été publié le 18 avril 2018 dans Nature Communications.

    1 Communiqué de presse « Le premier nano-neurone capable de reconnaissance vocale voit le jour » - 19 septembre 2017
    2 Nano-aimants qui, par leurs petites tailles, présentent un caractère instable et aléatoire

    Référence
    « Neural-like computing with populations of superparamagnetic basis functions » Alice Mizraahi, Tifenn Hirtzlin, Akio Fukushima, Hitoshi Kubota, Shinji Yuasa, Julie Grollier, Damien Querlioz

    Contacts chercheurs CNRS
    Damien Querlioz |  (+33) 1 69 15 33 58 | Centre de nanosciences et de nanotechnologies (CNRS/Université Paris-Sud)
    Julie Grollier | +33 (0)1 69 41 58 61 | Unité mixte de physique CNRS/Thales

    Contact presse CNRS
    Juliette Dunglas | +33 (0)1 44 96 46 34


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    04/2018

    Acoustique topologique à l'échelle nanométrique


      Daniel Lanzillotti Kimura.

    En exploitant leurs propriétés topologiques, des structures semi-conductrices nanométriques ont été utilisées pour confiner le son à ultra-haute fréquence.

    Le prix Nobel de physique 2016 a été décerné au domaine de la matière topologique. Un résultat clé a été la démonstration que la topologie peut être utilisée pour prédire le comportement des solides, par exemple le piégeage des électrons à l'interface entre deux isolants cristallins topologiquement différents. Récemment, des phénomènes similaires ont été observés en optique et en acoustique macroscopique.

    Des chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS / Université Paris-Sud) et du Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques – MPQ (CNRS/Université Paris Diderot) présentent une toute nouvelle plateforme pour étudier les propriétés de confinement prédites par la topologie à l'échelle nanométrique. Leurs travaux sont publiés dans la revue Physical Review B.

    Pour la première fois, des chercheurs ont démontré expérimentalement le piégeage topologique du son à l'échelle nanométrique. Des phonons acoustiques avec des fréquences autour de 350 GHz sont piégés dans des empilements multicouches de semi-conducteurs d'une épaisseur de quelques nanomètres. Les structures sont formées en superposant deux cristaux phononiques de phases topologiques différentes, c'est-à-dire dont les bandes acoustiques sont inversées. Des expériences optiques de diffusion Raman permettent alors de démontrer que les phonons acoustiques sont confinés topologiquement à l’interface entre les deux cristaux phononiques.

    Ces états topologiques robustes pourraient faire partie de dispositifs nanophononiques nécessitant des structures de résonance telles que les capteurs ou les lasers à phonons. D’autres applications potentielles peuvent être trouvées en optomécanique, en transport thermique, et pour le contrôle de la décohérence dans les systèmes à l'état solide.

     

    Figure : Modèle de déplacement spatial |u(z)| du phonon d’interface topologique à 350GHz (noir) avec un croquis de la structure multicouche semi-conductrice. L'enveloppe de mode montre un maximum à l'interface entre les deux structures topologiquement différentes, et  décroît de façon évanescente dans les deux directions en s'éloignant de l'interface. Les schémas de couleur verte et bleue désignent des régions spatiales avec une phase topologique différente. © C2N / D. Kimura
     

    Référence :
    Topological nanophononic states by band inversion,
    M. Esmann, F. R. Lamberti, P. Senellart, I. Favero, O. Krebs, L. Lanco, C. Gomez Carbonell, A. Lemaître, and N. D. Lanzillotti-Kimura, Physical Review B (2018)
    DOI: doi.org/10.1103/PhysRevB.97.155422 

    -    Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud)
    -    Matériaux et Phénomènes Quantiques – MPQ (CNRS/Université Paris Diderot)

    Contact :

    -    Martin Esmann, Post-Doctoral researcher at C2N
    -    Daniel Lanzillotti Kimura, CNRS researcher at C2N

     


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    04/2018

    Propriétés intrinsèques de MoS2 suspendu sur une matrice de piliers SiO2/Si pour la nanomécanique et l’optique


      Julien Chaste.

    Depuis quelques années, il est envisageable d’isoler des feuillets de l’épaisseur d’un atome et large de quelques dizaines de micromètres, avec des matériaux métalliques, isolants, ou semiconducteurs. Il est aussi possible d’assembler ces feuillets les uns sur les autres de manière hétéroclite. Un de ces matériaux est le MoS2. Cependant, peu d’expériences ont été effectuées sur des membranes de ce matériau en situation de suspension et pour lesquelles le stress peut-être modulé. En tenant compte du confinement bidimensionnel et de sa propension à posséder une structure cristalline modifiable, par exemple à l’aide du stress mécanique, on découvre différentes propriétés surprenantes de ce matériau aussi bien pour les électrons, que les photons ou encore les phonons.

    Des chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud), en collaboration avec l’Université de Pennsylvanie, ont étudié un nouveau type d’échantillon avec de larges monofeuillets suspendus de MoS2 reposant sur des tapis de piliers de SiO2 et mis en contact électriquement. En contrôlant la géométrie des piliers, ils ont pu créer des réseaux périodiques de résonateurs mécaniques de grande qualité. Leurs travaux sont publiés dans la revue ACS Nano.

    Afin de parvenir à cela, les chercheurs ont d’abord dû extraire par micro Raman les propriétés intrinsèques du système : le dopage, la conductivité thermique et surtout le stress engendré par les piliers, et ceci pour de nombreux types de géométries. Ils ont démontré pour la première fois qu’il est possible d’obtenir un système de grande qualité et homogène sur de grandes périodes de piliers. Ce type de structure hybride optoelectromécaniques (NOEMS) couple à la fois la nanomécanique avec des propriétés intéressantes du MoS2 comme un très fort photocourant, des effets de mémoire éléctronique ou bien encore une émission optique spontanée engendrée par la pliure du MoS2 par les piliers.

     

    Figure : Sur la gauche, des échantillons de MoS2 monocouches suspendus sur des tapis de piliers de SiO2 avec un schéma. Sur la droite, un diagramme des positions des pics obtenus par spectroscopie Raman, pour discriminer les effets de stress, de dopage et de température. Il est possible de corréler la propriété du MoS2, qui varie de manière dominante le long de l’échantillon, avec un design spécifique des piliers de SiO2. © C2N / J. Chaste
     

    Référence :
    Intrinsic Properties of Suspended MoS2 on SiO2/Si Pillar Arrays for Nanomechanics and Optics,
    J. Chaste1, A. Missaoui1, S. Huang1, H. Henck1, Z. Ben Aziza1, L. Ferlazzo1, C. Naylor2, A. Balan2, A. T. C. Johnson2, R. Braive1,3, A. Ouerghi1, ACS Nano (2018)
    DOI: doi:10.1021/acsnano.7b07689

    1 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud)
    2 Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania, USA
    3 Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité

    Contact : Julien Chaste, Chercheur CNRS au C2N


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    04/2018

    Diodes LED en silicium : émission efficiente dépendante du spin


      Francesca Chiodi.

    Des physiciens du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, du Laboratoire de Physique des Solides, et de l'Université de Cambridge ont démontré la possibilité de réaliser des diodes LED en silicium efficientes en utilisant une méthode de fabrication originale. Le dispositif réalisé est très simple et permet d’obtenir une luminescence à la fois forte et contrôlable à température ambiante par un champ magnétique.

    La recombinaison dépendante du spin, où seul l’état singlet d’une paire électron-trou peut se recombiner radiativement, est un outil de choix pour étudier le spin dans les matériaux à faible couplage spin-orbite, tels que les semiconducteurs organiques ou le silicium. Toutefois, dans le silicium la recombinaison de paires électron-trou est fortement improbable du fait de la structure de bande à gap indirect de ce semiconducteur.  Malgré l’intérêt applicatif du silicium, réaliser une diode électroluminescente (LED) efficace avec ce matériau est donc un défi de taille, et demande généralement une conception et une fabrication complexes.

    Des physiciens et physiciennes du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS/Université Paris-Sud) et du Laboratoire de Physique des solides – LPS (CNRS/Université Paris-Sud), en collaboration avec le groupe Optoelectronics de l’Université de Cambridge, ont relevé ce défi. Leurs travaux, publiés dans la revue Nature Communications, montrent la possibilité de réaliser des diodes LED en silicium efficientes grâce à une méthode de fabrication originale basée sur le dopage laser GILD (Gas Immersion Laser Doping).

    Une spécificité de cette technique est que les niveaux de dopage atteints sont extrêmes, ce qui intensifie l’émission dans les LEDs constituées d’une jonction entre silicium dopé en bore, silicium intrinsèque et silicium dopé en phosphore (Si:B / Si / Si:P). De plus, le dopage laser permet de conserver une géométrie planaire bien définie, nécessaire pour pouvoir aligner les champs magnétique et électrique dans les LEDs et s’affranchir ainsi des effets de magnétorésistance classiques. Sondant la recombinaison dépendante du spin dans ces LEDs en silicium, une augmentation spectaculaire de l’électroluminescence avec le champ magnétique a été mise en évidence : 100% à température ambiante et jusqu’à 300% à 150K. Les chercheurs ont montré que le modèle proposé décrit ce phénomène par une recombinaison radiative dépendante du spin de paires électron-trou faiblement liées. Par cette approche optoélectronique, il est ainsi possible d’étudier l’impact de la statistique de spin sur l’émission luminescente du silicium qui apparaît comme un candidat de premier plan pour une électronique quantique de spin à grande échelle.

    Figure : Schéma et images infrarouge de Si-LEDs polarisés à I=20mA à température ambiante pour différents niveaux de dopage. Magnéto-EL à T=150 K et I=5 mA. © C2N / F. Chiodi

     

    En savoir plus

    Room temperature magneto-optic effect in silicon light-emitting diodes
    F. Chiodi, S.L. Bayliss, L. Barast, D. Débarre, H. Bouchiat, R.H. Friend et A.D. Chepelianskii
    Nature Communications (Janvier 2018)
    DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-017-02804-6

     

    Contact chercheur


    Informations complémentaires

     


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    04/2018

    Participation du C2N aux Journées de la matière condensée 2018


      Sylvia Matzen.

    Du lundi 27 au vendredi 31 août 2018 se tiendront, sur le Campus Universitaire de Saint Martin- D’Hères de Grenoble la 16ème édition des JMC (Journées de la Matière Condensée). Avec plus de 700 participants ce congrès constitue, à ce jour, le plus grand congrès national de physique de la Matière Condensée en France.

    La diversité thématique qui y est abordée offre un large choix de sessions plénières et semi-plénières avec notamment des présentations de Jacqueline Bloch (Directrice de recherche CNRS au C2N) sur les « Polaritons » et de Maria Tchernycheva (Directrice de recherche CNRS au C2N) sur les « Nanofils semi-conducteurs ».

    Le rythme des sessions est très soutenu. On peut ainsi dénombrer plus de 32 mini-colloques organisés sur 5 jours dont celui co-organisé par Sylvia Matzen, Enseignante-Chercheur Université Paris-Sud au C2N, sur « Matériaux ferroïques : aspects fondamentaux et applications ».

            Date limite de soumission des contributions : 15 avril

            En savoir plus : https://jmc2018.sciencesconf.org/


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    03/2018

    Quandela : des sources de photons uniques très brillantes


      Pascale Senellart.

    Cet article a été diffusé dans CNRS – La lettre Innovation de Mars 2018, rubrique « Start-up ».

    A partir d'une technique de lithographie développée au Centre de nanosciences et de nanotechnologies, Quandela fabrique et commercialise des sources de lumière délivrant un photon unique à chaque impulsion. Ses produits intéressent les chercheurs et industriels dans les domaines du calcul et de la cryptographie quantiques, et plus largement la recherche en physique quantique.

    Depuis plusieurs années, des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies - C2N1 développent une technique de lithographie permettant de réaliser un émetteur de photons uniques - un seul photon par impulsion - à partir de boîtes quantiques. Ces sources de lumière, qui fonctionnent à une température cryogénique, ont l'avantage d'émettre avec une très bonne efficacité des photons uniques aux caractéristiques identiques en faisant ainsi des outils de choix pour les chercheurs et industriels de la photonique quantique. Elles intéressent le domaine naissant des ordinateurs quantiques et celui des télécommunications quantiques parfaitement sécurisées. La start-up Quandela, issue du Centre de nanosciences et de nanotechnologies, est née en juin 2017 pour fournir des sources de lumière destinées à ces applications et plus largement pour mettre sur le marché des briques de bases pour les technologies quantiques.

    Un programme de prématuration, financé par le CNRS et le labex NanoSaclay, a permis d'aboutir à un procédé de fabrication robuste et reproductible. L’objectif était aussi de travailler à l'intégration du composant émetteur sur une fibre optique, ce qui demande une précision d'alignement au dixième de micron. Ces études donneront naissance à une prochaine génération de sources qui seront « prêtes à l'emploi » : les utilisateurs n'auront plus besoin de monter un système optique complexe pour récupérer les photons émis, ce qui devrait favoriser la commercialisation de ces sources. « Grâce à ce programme, les fondateurs2, des chercheurs issus du laboratoire, ont également pu suivre une formation HEC Challenge Plus pour s'initier à l'entrepreneuriat », indique Valerian Giesz, directeur-général de Quandela. La start-up a enregistré sa première commande dès la fin 2017, de la part d'un laboratoire de recherche à l'étranger.

    Quandela fabrique ses composants et poursuit ses développements en louant des locaux et l’utilisation d’équipements du Centre de nanosciences et de nanotechnologies. L'entreprise envisage à terme d'investir dans ses propres équipements, afin d'accroitre sa capacité de production et de développement. Elle prévoit d'ouvrir son capital à la fin de 2018.

    1 CNRS/Université Paris-Sud
    2 Valerian Giesz, directeur général de Quandela ; Pascale Senellart (Directrice de recherche CNRS au C2N), conseillère scientifique et Niccolo Somaschi, directeur technique.

    Contact : Valerian Giesz, Quandela / Pascale Senellart, CNRS
     

     


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    03/2018

    La première école d’été franco-chinoise « NANO3 » se tiendra du 2 au 27 Juillet 2018 à l’Université Paris-Sud


      Eric Cassan, scientific coordinator.

    L’Université Paris-Sud accueillera du 2 au 27 Juillet prochain un groupe d’étudiants chinois pour la première école d’été franco-chinoise NANO3 « Nanophotonics, Nanoelectronics and Nanomagnetism », organisée avec une forte participation d’enseignants-chercheurs et chercheurs du C2N.

    L’école NANO3 est un cours intensif de 4 semaines en nanophotonique, nanoélectronique et nanomagnétisme, des domaines de recherche de pointe développés à l’Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay. Le but du programme est de fournir aux étudiants chinois des informations précises sur le système de recherche français à travers :

    • des cours théoriques,
    • des formations en laboratoire : notamment via la plateforme de micro/nano technologie du C2N,
    • des séminaires avec des industriels basés sur le campus : laboratoire III / V, THALES-TRT, SILTENE),
    • des projets de recherche,
    • des visites de laboratoires : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Laboratoire de Physique des Solides (LPS) et Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO).

    L’école inclut des sessions sur la culture française, des cours de langues et des visites de la région parisienne. Plusieurs évènements conviviaux seront organisés avec les chercheurs et étudiants en thèse de l’Université : buffets et cocktails, rencontre de membres de l’association « Union des chercheurs et des étudiants chinois à Paris-Sud », rencontre des étudiants en thèse actuellement financés par le programme CSC (China Scholarship Council).

    L’équipe d’enseignants de cette école d’été internationale est composée de Professeurs de l’Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay et de chercheurs du CNRS. Ces enseignants donnent régulièrement des cours dans le cadre du Master 2 Nanosciences et d’autres masters internationaux.

    Enseignant-chercheurs et chercheurs du C2N impliqués dans NANO3 :
    •    Eric Cassan, Professeur de l’Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay – organisateur de l’école NANO3
    •    Béatrice Dagens, Directrice de recherche CNRS – organisatrice de l’école NANO3
    •    Frédéric Aniel, Professeur de l’Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay
    •    Adel Bousseksou, Maître de conférences de l’Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay
    •    Aloyse Degiron, Chargé de recherche CNRS
    •    Philippe Dollfus, Directeur de recherche CNRS
    •    Juan-Ariel Levenson, Directeur de recherche CNRS
    •    Delphine Marris-Morini, Maître de conférences de l’Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay
    •    Damien Querlioz, Chargé de recherche CNRS
    •    Nicolas Vernier, Maître de conférences de l’Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay
    •    Navy Yam, Maître de conférences de l’Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay
     
    Ce programme est organisé par la Direction des Relations Internationales de l’Université Paris-Sud, en collaboration avec Campus France Chine.
     
    •    En savoir plus sur le site www.nano3.u-psud.fr
    •    E-mail contact : nano.3@u-psud.fr

     


  • 16

    03/2018

    Le C2N accueille le workshop technique BEAMeeting 2018 les 21 et 22 Mars


      Edmond Cambril.

    La communauté des utilisateurs des logiciels de Lithographie à faisceau d'électrons (E-beam lithography) sont invités les 21 et 22 Mars au C2N à Marcoussis pour le BEAMeeting 2018.

    Ce workshop technique constitue une plateforme d'échange au sujet des logiciels BEAMER, TRACER, LAB et du nouveau ProSEM avec : présentations d'utilisateurs, discussions sur les applications, les solutions à des problèmes spécifiques, remontée des besoins. Une synthèse des présentations les plus pertinentes pour les utilisateurs français des derniers BEAMeetings (SPIE aux Etats-Unis et GenISys à Munich) sera faite.

    Les nouvelles fonctionnalités et améliorations seront présentées et les souhaits, besoins et suggestions pour les développements futurs seront discutés.

    • Date : Mercredi 21 Mars de 13h à 17h et Jeudi 22 Mars de 9h à 13h
    • Lieu : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Route de Nozay, F-91460 Marcoussis, France
    • L'accès est libre. Inscription par e-mail auprès de Edmond Cambril / Tel. +33 (1) 6963 60 67

  • 6

    03/2018

    Progrès récents sur les lasers à plasmons


      Claire Deeb.

    Deux chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud), ont récemment publié un article dans la revue Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) à propos des lasers à plasmons.

    Les lasers à plasmons sont une nouvelle classe de sources de lumière cohérente qui utilisent des métaux pour la localisation et l’amplification de la lumière. L'accès à cette lumière confinée qui se couple aux électrons oscillants du métal permet de réduire la taille physique et le volume du mode du laser bien en dessous de la limite de diffraction. La course effrénée pour la réalisation de nouveaux nanolasers plasmoniques a permis, ces dernières années des progrès considérables sur la conception de nanocavités, la température de fonctionnement, les conditions de pompage et l'efficacité des matériaux pour les nanocavités plasmoniques et le milieu à gain.

    Cet article discute des développements récents de sources de lumière nanoscopiques cohérentes, dans le cas de lasers métalliques ou diélectriques, en portant une attention particulière aux nanolasers plasmoniques. Les chercheurs soulignent les progrès récents dans les lasers plasmoniques à base de réseaux de nanoparticules : directionnalité du faisceau, accordabilité de la longueur d'onde, émission multimodale et mise en évidence de modes sombres et lumineux. Ils discutent également quelques perspectives.

    Figure : Laser à plasmon accordable basé sur des réseaux de nanoparticules. Schéma du laser accordable en temps réel et des émissions laser se déplaçant vers de plus grandes longueurs d'onde, puis de nouveau vers des longueurs d'onde plus courtes. © C2N / C. Deeb
     
    • Référence :

    Plasmon lasers: coherent nanoscopic light sources
    Claire Deeb et Jean-Luc Pelouard
    Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19, 29731
    DOI: http://dx.doi.org/10.1039/c7cp06780a

     


  • 28

    02/2018

    Un « code-barres » pour identifier rapidement des biomolécules très diluées


      Anne-Marie Haghiri-Gosnet.

    Cet article a été diffusé dans CNRS – La lettre Innovation de Février 2018, rubrique « Brevets et licences ».

    Une équipe du Centre de nanosciences et de nanotechnologies1 a mis au point une puce microfluidique qui, grâce à des fentes de dimensions nanométriques, permet d’attribuer à une molécule un « code-barre » lisible par lecture optique en fluorescence. Cette nouvelle technique permet d’identifier la molécule en quelques minutes seulement, contre plusieurs heures à plusieurs jours auparavant.

    Pour concentrer et identifier des molécules en solution très diluées (marqueurs biologiques, polluants, toxines...), les techniques aujourd'hui disponibles demandent des heures, voire des jours de manipulation. La biopuce inventée2 au Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N)1 devrait permettre de réaliser ces analyses en quelques minutes. Ce dispositif microfluidique, grâce à des fentes de taille nanométrique, concentre les molécules et engendre pour chacune d'elle un « code-barre » spécifique, lisible par simple lecture optique en fluorescence.

    La puce microfluidique du C2N repose sur le principe connu de séparation des molécules par électrophorèse : la migration plus ou moins rapide des ions en solution, selon leur masse et leur charge électrique, sous l'effet d'un champ électrique. Mais les chercheurs ont utilisé un autre phénomène étudié depuis des années au laboratoire, l'électropréconcentration. En effet, leur dispositif microfluidique - une puce en verre - comporte un élément de taille encore plus réduite : une fente de quelques dizaines de nanomètres de largeur. Le passage de la solution à analyser dans cette fente nanométrique a pour effet de créer des zones de concentration locales des molécules recherchées dans le circuit microfluidique. Si ces molécules ont été marquées en fluorescence, elles forment alors une tache détectable par lecture optique. Mieux : les chercheurs ont trouvé le moyen de placer plusieurs nanofentes en parallèle sur une seule puce. Ces fentes de largeurs différentes, et dont l'effet est modulé en jouant sur la pression appliquée dans le circuit microfluidique, engendrent alors une série de taches qui constituent un « code-barre » spécifique de la molécule à identifier. La géométrie particulière de la puce, qui juxtapose plusieurs fentes nanométriques dans le plan vertical, a fait l'objet d'un dépôt de brevet2.

    Le principe, validé avec une molécule test (fluorescéine), doit maintenant être testé avec de véritables solutions biologiques ou des échantillons contenant des traces de polluants ou toxines. « Nous voulons réaliser un banc d'essais compact et transportable, afin de pouvoir travailler plus facilement avec des partenaires », indique Anne-Marie Haghiri, chercheuse au C2N. La fabrication des puces repose aujourd'hui sur la lithographie par faisceau d'électrons. Mais il devrait être possible d'utiliser des techniques de nano-impression, moins longues à mettre en œuvre et mieux adaptées à une production en série. En attendant, le laboratoire continue d'explorer les phénomènes fondamentaux qui régissent l'efficacité des puces à nanofentes.

    1 CNRS / Université Paris-sud
    2 Brevet FR1660855 en propriété CNRS déposé le 9/11/2016


    Contact : Anne-Marie Haghiri-Gosnet, Directrice de recherche CNRS au Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N)


  • 27

    02/2018

    Le C2N organise avec d'autres partenaires la conférence NanoTN 2018 à Marrakech


      Abdelkarim Ouerghi.

    La conférence NanoTN-2018 (Nano-Materials: Experiment and theory) s'est tenue à Marrakech (Maroc) du 25-28 Feb 2018. Elle a couvert tous les aspects des nanosciences et nanotechnologies des matériaux nano et matériaux 2D. Le but de cette conférence était aussi d'établir des réseaux de collaborations entre les participants.

    NanoTN-2018 était la troisième édition du symposium NanoTN, après NanoTN-2015 à Hammamet et NanoTN-2016 à Marrakech.

    Liste des sujets couverts : matériaux 2D, propriétés électroniques, fonctionnalisation, théorie, spectroscopie/microscopie et dispositifs  (PV, capteurs, électronique…), nanocristaux, nanochimie, optoélectronique, nanosciences.


  • 9

    02/2018

    Vers l’optimisation de la génération d’états quantiques à trois photons en régime de variables continues


      Kamel Bencheikh.

    Des physiciens ont découvert une piste théorique inattendue pour optimiser la génération non-linéaire d’états photoniques triplets. La conclusion : il vaut mieux éviter de s’inspirer aveuglement du processus analogue et bien maîtrisé de génération d’états quantiques à deux photons.

    La génération de triplets de photons intriqués par interaction optique non-linéaire serait la façon la plus directe de produire des statistiques quantiques non-gaussiennes, qui sont la clé de nombreux protocoles quantiques avancés. Quoi de plus naturel que de s’inspirer des connaissances acquises depuis trois décennies sur les photons jumeaux, qui ont permis les démonstrations les plus étonnantes de l’optique quantique, pour optimiser la génération de triplets de photons ? Cependant dans les meilleures conditions expérimentales, moins d’un photon triplet tous les 3 mois pourrait alors théoriquement être émis d’un cristal non-linéaire par émission spontanée. La réponse non-linéaire du troisième ordre générant les triplets est en effet plusieurs ordres de grandeur plus faible que celle du second ordre, générant les photons jumeaux. Des physiciens du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Univ. Paris-Sud) et de l’Institut Néel (CNRS) ont démontré théoriquement la possibilité de dépasser ces limites en sortant de l’analogie avec le mécanisme de génération des photons jumeaux. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.

    Les équations gouvernant le processus de création d’états quantiques triplets en régime de variables continues ne possèdent pas de solution analytique. Les physiciens ont donc procédé par une méthode dite de perturbation en considérant jusqu’aux termes du cinquième ordre et résolue les équations résultantes par des méthodes numériques. Ils ont ainsi démontré que simultanément au pompage, déclenchant l’effet non-linéaire, une injection de photons à la même fréquence que les triplets émis était nécessaire pour atteindre l’intrication quantique à trois photons en régime de variables continues. Les chercheurs ont aussi démontré que l’intrication s’accroit lorsque le taux d’injection augmente. Un mécanisme singulier car dans le cas de la génération de photons jumeaux l’intrication quantique est détruite par l’injection. Le mécanisme d’injection permet également d’augmenter de plusieurs ordres de grandeur l’efficacité de l’interaction non-linéaire du troisième ordre. Ces résultats théoriques lèvent un verrou important. Ils rendent possible une réalisation expérimentale sur laquelle le C2N et l’Institut Néel ont commencé à travailler dans le cadre d’un projet de recherche commun.

    Ces travaux ouvrent la voie à des recherches sur la mise en évidence de propriétés quantiques à trois photons, ou encore au développement de protocoles quantiques avancés pour la cryptographie.

     

    Figure : Distribution de l’intensité (gauche) et des fluctuations (droite) des états quantiques à trois photons montrant les trois lobes en fonction de la phase. © C2N / K. Bencheikh

     

    En savoir plus

    Continuous variables triple-photon states quantum entanglement
    E. A. Rojas Gonzalez, A. Borne, B. Boulanger, J. A. Levenson, et K. Bencheikh
    Physical Review Letters (Janvier 2018)
    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.043601

    Contact chercheur

    Kamel Bencheikh, chargé de recherche CNRS (kamel.bencheikh@c2n.upsaclay.fr)  

    Informations complémentaires

    - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud)

    - Department of Engineering Sciences, Uppsala University, Sweden

    - Weizmann Institutes of Science, Israel

    - Institut Neel, laboratoire CNRS associé à l’Université Grenoble Alpes et à Grenoble INP


  • 22

    01/2018

    Zubair Iftikhar, doctorant au C2N, reçoit un prix de thèse C’Nano 2017


      Zubair Iftikhar.

    Six docteurs ont été récompensés pour l’excellence de leurs travaux de thèse lors du "C’Nano, the Nanoscience Meeting", congrès interdisciplinaire réunissant plus de 200 acteurs de la recherche en nanosciences et en nanotechnologies et organisé du 5 au 7 décembre 2017 à l’INSA de Lyon.

    Zubair Iftikhar, doctorant Université Paris Saclay au C2N de 2013 à 2016, a été récompensé du prix de thèse commun C'Nano - Club nanoMétrologie, pour sa thèse "Charge quantization and Kondo quantum criticality in few-channel mesoscopic circuits", sous la direction de Frédéric Pierre.


  • 15

    01/2018

    Des composants bio-inspirés


      Damien Querlioz.

    « Nous aussi, on a galéré », se souvient Damien Querlioz, chercheur CNRS au Centre de nanosciences et de ­nanotechnologies de Paris-Saclay. Il évoque les temps où ses recherches sur des composants neuromorphiques n’étaient guère à la mode, comme l’étaient celles sur le deep learning neuro-inspiré. « Dans mes projets de financement, j’évitais même le mot neurone ! Maintenant, tout le monde le fait. » C’est qu’une prise de conscience a eu lieu. « Le programme AlphaGo consomme dix fois plus d’énergie qu’un joueur de go ­humain », rappelle Julie Grollier, chercheuse CNRS dans le laboratoire commun entre l’organisme et Thales, sur le plateau de Saclay. Augmenter la taille des réseaux de neurones artificiels risque d’atteindre des limites dont les ­industriels sont conscients. En outre, il est impossible de disposer des bienfaits de cette intelligence artificielle dans les mobiles, trop peu puissants ; il faut ­recourir aux réseaux de communication et à des connexions à de grandes fermes de serveurs. D’où ce nouveau retour vers le ­vivant et la formidable efficacité du cerveau, qui consomme très peu d’énergie, même pour des ­tâches complexes. L’un de ses ­secrets, encore inimité, est de ne pas séparer la mémoire et le calcul, évitant ainsi des échanges d’informations incessants et consommateurs en énergie. Tout est codé dans les neurones et les synapses, sans pouvoir identifier des zones de mémoire ou de calcul. « Il faut tout repenser ! », constate Julie Grollier. Et le mouvement a commencé. IBM produit une puce, TrueNorth, un réseau de neurones composé de transistors classiques mais agencés de façon à consommer beaucoup moins que des équivalents sur cartes graphiques. Mais cette puce n’apprend pas : on programme le câblage de ses neurones (synapses) en fonction de calculs préliminaires effectués sur de gros serveurs. NEUROMORPHISME D’autres fabricants utilisent des composants « programmables », dits FPGA, pour essayer de faire un peu mieux qu’avec les cartes graphiques. Mais ce n’est pas encore du « vrai » neuromorphisme. Pour cela, il faut des composants dont les propriétés physiques peuvent varier, à la manière dont le poids d’une synapse change. C’est la grande famille des memristors, dont la résistance se modifie en fonction des courants électriques qui les ont parcourus dans le passé. Ainsi, on renforce ou affaiblit une ­synapse artificielle en faisant circuler plus ou moins d’électrons. Des matériaux disposant de plus de deux états magnétiques sont aussi de bons candidats. Pour l’instant, seuls des composants de laboratoires de quelques neurones et synapses ont pu être obtenus. Damien Querlioz et Julie Grollier, tous deux financés par le conseil européen de la recherche, estiment que, dans cinq ans, un composant bio-inspiré sera possible, consommant mille fois moins d’énergie et tenant sur un centimètre carré. Voir l'article du monde
    LE MONDE SCIENCE ET TECHNO | 09.01.2017 à 17h52
    Par David Larousserie

    Article dans " Le journal du CNRS"


  • 15

    01/2018

    Candidatures ouvertes pour l'école thématique "Physics of Solar cells" à l'école de physique des Houches


      Stéphane Collin.

    Une école thématique sur la Physics of Solar cells: from basics to nanoscience et soutenue par le C2N se tiendra du 25 au 30 Mars 2018, à l'école de physique des Houches (Alpes). Candidatez avant le 31 Janvier pour participer !

    Cette école thématique portera sur la physique des cellules solaires. Le but sera de couvrir les aspects fondamentaux et basiques des dispositifs photovoltaïques, et des concepts les plus avancés permettant les plus hauts rendements. Il sera montré que les progrès récents des différentes technologies (silicium, films fins, etc.) sont basés sur des concepts similaires et devraient s'inspirer mutuellement. Un accent particulier sera porté aux nanosciences et nanotechnologies, qui apportent de nouveaux outils et concepts pour dépasser les limites des cellules solaires conventionnelles.

    L'audience visée sera la jeune chercheur (en thèse ou post-doctorat). Les chercheurs confirmés mais novices du domaine du photovoltaïque, ou ceux souhaitant enlargir leurs connaissances en nanoscience et nanotechnologies sont aussi les bienvenus.


  • 13

    12/2017

    Damien Querlioz invité à rencontrer des journalistes scientifiques au sujet des nouvelles mémoires alternatives


      Simon Jumel.

    Le CNRS et l’AJSPI (Association des Journalistes Scientifiques de la Presse d’Information) ont organisé un petit déjeuner le mardi 12 Décembre sur le thème « S’inspirer du cerveau pour la mémoire des nouveaux ordinateurs ». Ce type de rencontre se veut informel, un temps partagé où les journalistes peuvent poser toutes leurs questions, enrichir leur connaissances et affiner des projets d’articles futurs.

    12 journalistes d'horizons différents étaient présents pour écouter Damien Querlioz (C2N) et Julie Grollier (Unité mixte de physique CNRS/Thalès).

     


  • 4

    12/2017

    Projet FORWARD porté par Aloyse Degiron récompensé par une bourse ERC CONSOLIDATOR 2017


      Aloyse Degiron.

    Projet FORWARD: des milieux artificiels pour générer des faisceaux de lumière complexe

    Les faisceaux de lumière complexe (lumière vortex, lumière superradiante) jouent un rôle de plus en plus important en biologie et en photonique mais requièrent des montages volumineux et sophistiqués qui limitent considérablement leur potentiel. Le projet FORWARD vise à obtenir les mêmes fonctionnalités avec une nouvelle génération de composants optoélectroniques miniaturisés dans le proche infrarouge. Cet objectif implique de totalement repenser la façon de créer et de manipuler des formes très exotiques de lumière. Ce défi sera abordé en hybridant deux familles de milieux artificiels - les nanocristaux colloïdaux et les métamatériaux - et en tirant parti de comportements coopératifs classiques et quantiques au sein des hybrides. Cette initiative peut être considérée comme l’une des premières à adopter une approche unifiée et multidisciplinaire des milieux artificiels, ouvrant de nouveaux horizons pour les matériaux composites synthétiques en optique, en électronique et en optoélectronique.

    Après une thèse sur la transmission optique extraordinaire effectuée à l’Institut de Science et d’Ingénierie Supramoléculaires à Strasbourg, Aloyse Degiron rejoint l’université de Duke aux Etats-Unis en 2005 pour effectuer un séjour postdoctoral sur la plasmonique infrarouge et les métamatériaux micro-ondes. En 2008, il devient enseignant-chercheur contractuel au sein de cette même université. Recruté au CNRS à l’automne 2009, il est affecté au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies à Orsay où il développe une recherche centrée sur les phénomènes lumineux et optoélectroniques dans l’infiniment petit.


  • 27

    11/2017

    Résonance stochastique de phase dans une membrane nanoélectromécanique forcée


      Rémy Braive.

    Auteurs et Affiliation

    Avishek CHOWDHURY (C2N – Marcoussis)

    Sylvain BARBAY (C2N – Marcoussis)

    Marcel CLERC (Universidad de Chile - Santiago)

    Isabelle ROBERT-PHILIP (C2N – Marcoussis)

    Rémy BRAIVE (C2N – Marcoussis, Université Paris-Diderot)

    Résumé

    La résonance stochastique est un phénomène général qui peut sembler paradoxale au premier abord. Le bruit injecté ou déjà présent dans le système permet d’améliorer la détection  de signaux de faible amplitude. Ce phénomène est habituellement observé dans des systèmes bistables unidimensionnels avec une modulation d’amplitude. Dans ce travail récemment publié dans Phys. Rev. Lett., nous démontrons expérimentalement l’émergence de la résonance stochastique en phase, amplification d’un faible signal modulé en phase grâce à l’ajout de bruit de phase, avec la réponse bidimensionnelle d’une membrane nano-électro-mécanique forcée. Basé sur un modèle d’oscillateur de Duffing forcé, nous montrons théoriquement et expérimentalement que ce bruit de phase agit de façon multiplicative entrainant d’importantes conséquences physiques. Ces résultats ouvrent d’intéressantes perspectives pour la métrologie du bruit de phase ou les applications de transmission de signaux cohérents. De plus, avec son caractère général, notre approche peut s’appliquer à différents systèmes et ouvrir de nouvelles opportunités pour des applications de la résonance stochastique.

    "accepted for publication at Physical Review Letters journal, on-line available soon "

    Lien vers l'article


  • 8

    11/2017

    Signature plasmonique dans les supra-cristaux d’or


      Claire Deeb.

    Des assemblages hydrophobiques de nano-cristaux d’or (cristallins et amorphes) ont été dispersés dans une solution aqueuse grâce à des vésicules lipidiques. L’entrelacement entre les vésicules et les assemblages d’or a été rendu possible grâce à une sélection rigoureuse sur la longueur des chaines alkyle accrochées aux nano-cristaux d’or. Les spectres d’extinction des assemblages d’or montrent deux pics se différentiant par leur comportement spectral, d’une part un pic dû à la diffusion présentant un décalage spectral vers le rouge quand la taille des assemblages augmente et d’autre part un pic dû à l’absorption des plasmons localisés dont longueur d’onde ne dépendant pas de la taille des assemblages. Ces empreintes plasmoniques pourrait être utilisées comme sonde pour l’étude des propriétés optiques de ces assemblages. Nos assemblages solubles dans l’eau explorent une variété d’applications potentielles y compris l’énergie solaire et la bio-médecine.

    Publié dans :

    Water-Dispersed Hydrophobic Au Nanocrystal Assemblies with a Plasmon Fingerprint

    Nailiang Yang, Claire Deeb, Jean-Luc Pelouard, Nordin Felidj, and Marie-Paule Pileni

    ACS Nano, 2017, 11 (8), pp 7797–7806

     


  • 27

    10/2017

    La lumière sur le graphène: Marijana Milicevic, doctorante du C2N lauréate d'une bourse L'Oréal


      Marijana Milicevic.

    Le graphène (découverte de 2004 récompensée par le prix Nobel de Physique en 2009) est le meilleur conducteur d’électricité connu à ce jour. Cette nouvelle classe de matériaux extrêmement fins constitués d’une couche unique d’atomes de carbones, possède des propriétés électroniques, optiques et mécaniques hors du commun qui vont potentiellement révolutionner le monde de la microélectronique. Pourtant, ces matériaux innovants qui captivent les physiciens restent difficiles à manipuler en laboratoire car leur étude nécessite une résolution expérimentale à l’échelle de l’infiniment petit, l’atome. Originaire de Belgrade en Serbie et actuellement doctorante au Centre des Nanosciences et de Nanotechnologies sur le site de Marcoussis, Marijana Milicevic a choisi de recréer ce matériau d’une nouvelle façon, en utilisant la lumière, dans un simulateur photonique. L’objectif de cet outil : utiliser les photons, particules constitutives de la lumière, pour recréer, en laboratoire, du graphène afin de l’étudier avec un meilleur contrôle. « Les photons du simulateur y sont confinés dans des structures de taille micrométrique, afin d’égaler ou de surpasser les propriétés électroniques particulières du matériau. » De façon remarquable, Marijana étudie des structures particulières du graphène, appelées « états de bord », intrinsèquement très stables, permettant d’assurer le transport sans dissipation d’énergie.


  • 27

    10/2017

    Jacqueline Bloch lauréate de la Médaille d'argent du CNRS


      Jacqueline Bloch.

    Experte internationale en optique quantique et non linéaire, Jacqueline Bloch s’intéresse au couplage ultime entre lumière et matière, en lien avec les nanotechnologies des semi-conducteurs. Recrutée au Laboratoire de Microstructures et de Microélectroniques (L2M) de Bagneux comme chargée de recherche en 1994, elle initie des recherches expérimentales sur les microcavités à semiconducteurs. Elle s’intéresse tout particulièrement au régime de couplage fort lumière matière, qui donne naissance à la formation de quasi-particules hybrides appelées polaritons de cavité. Jacqueline Bloch obtient en 2008 des résultats pionniers sur la condensation des polaritons de cavité dans les microstructures, et ouvre la voie à l’étude de ces fluides quantiques de lumière dans des microstructures sculptées à l’échelle micrométrique grâce aux moyens technologiques de son laboratoire.  La suite de sa carrière est jalonnée de résultats originaux et spectaculaires: elle étudie, avec son équipe, des phénomènes physiques non linéaires très variés, comme la superfluidité, les systèmes frustrés, la topologie, ou encore les transitions de phase dans les systèmes ouverts. Promue directrice de recherche en 2011, Jacqueline Bloch contribue à l’organisation du nouveau Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, et y est coresponsable du Département Photonique. Recrutée en 2015 comme Professeure chargée de cours au département de physique de l'École polytechnique, Jacqueline Bloch reçoit la même année le prestigieux prix Jean Ricard de la Société Française de Physique.

    La Médaille d'argent du CNRS distingue un chercheur pour l'originalité, la qualité et l'importance de ses travaux, reconnus sur le plan national et international. Lien vers le site du CNRS

     


  • 25

    10/2017

    Damien Querlioz, lauréat de la médaille de bronze du CNRS


      Damien Querlioz.

    La Médaille de bronze 2017 du CNRS a été attribuée à 40 chercheur-e-s, 26 femmes et 14 hommes. Elle récompense le premier travail d'un chercheur, qui fait de lui un spécialiste de talent dans son domaine. Damien Querlioz, Chargé de Recherche CNRS au C2N fait partie des heureux lauréats pour l'ensemble de ses travaux sur les mémoires et les systèmes bioinspirés. Damien Querlioz est responsable du groupe INTEGNANO du C2N et est par ailleurs expert à l’Observatoire des Micro et Nanotechnologies, membre du bureau du GDR interdisciplinaire BIOCOMP et membre du comité de management du programme Européen COST MEMOCIS. En 2016, Damien Querlioz a décroché une bourse ERC (European Research Council Grant) sur les mémoires intelligentes capables d'inférence en utilisant la physique de nanodispositifs (projet ERC NANOINFER).

    Lien vers le site des médailles de bronze du CNRS

    Lauréats INSIS Starting Grants

    Lien CNRS vers la description du projet européen


  • 24

    10/2017

    Cartographier dans l’espace réel l’ordre antiferromagnétique aux échelles nanométriques


      Jon-von Kim.

    En utilisant un atome artificiel dans le diamant comme détecteur de champ magnétique ultrasensible, des physiciens ont imagé pour la première fois le champ de fuite rayonné par un composé de la vaste famille des antiferromagnétiques. Cette observation leur a permis d’étudier l’effet d’un champ électrique sur la modulation sinusoïdale de l’ordre antiferromagnétique dans un matériau multiferroïque....

    Lien vers l'article de l'INP

    Lien vers le site de l'INSIS

    Légende image : (gauche) Un atome artificiel (centre NV représenté par la flèche verte) inséré dans une pointe en diamant est utilisé pour cartographier le champ magnétique rayonné par un matériau antiferromagnétique. Sous excitation radiofréquence, l’amplitude du champ magnétique est codée sur l’intensité fluorescence du centre NV illuminé par un laser vert. (droite) Cartographie quantitative du champ magnétique produit par la modulation sinusoïdale de l’ordre antiferromagnétique dans un film de BiFeO3 d’épaisseur 30 nm.


  • 23

    10/2017

    Filtrer la lumière photon par photon


      Pascale Senellart.

    En utilisant un atome artificiel capable de bloquer ou de laisser passer un à un les photons d’un laser, des chercheurs du CNRS, en collaboration avec l’Université du Queensland, ont réalisé un pas important vers le développement de portes logiques optiques quantiques déterministes....

    Lien vers l'article de l'INP

    Site de l'INSIS du CNRS

     


  • 23

    10/2017

    L'ordinateur de demain sera-t-il bio-inspiré ? Damien Querlioz enrichi le débat !


      Damien Querlioz.

    Dans le cadre du cycle de conférences et débats « Dialogues - Des clés pour comprendre », se déroulant tous les 4èmes jeudis du mois, le CNRS, le CNAM et RFI proposent une nouvelle conférence sur les ordinateurs de demain, au Musée des arts et métiers à Paris, le 26 octobre 2017 à 18h30. Damien Querlioz, chercheur du C2N et médaillé de bronze 2017 du CNRS, participera à ce passionnant débat avec Laurent Largent, Directeur de l'Institut Femto- ST (CNRS/université de Franche-Comté). Celui-ci dont l'essentiel de ses travaux de recherche visent à mettre au point des machines de calcul de type neuromorphique remettant totalement en cause notre conception de l'ordinateur tel que nous le percevons actuellement, nous présentera, lors de ce débat les évolutions et les avancées scientifiques en la matière présentes et à venir.

    INSIS site

    CNAM site


  • 23

    10/2017

    Un laser topologique fabriqué au C2N


      Jacqueline Bloch et Philippe Saint-Jean.

    Les travaux de chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (CNRS - Université Paris-Sud) à Marcoussis, en collaboration avec un chercheur de l’Università di Trento en Italie, ont mené à une percée importante dans le domaine de la physique topologique : la réalisation du premier laser topologique. Il s’agit d’un laser dont le mode résonant est intrinsèquement protégé, grâce aux propriétés topologiques de son architecture, contre les perturbations externes et les défauts de fabrication.

    La découverte des phases topologiques de la matière, récompensée par le prix Nobel de physique 2016, a profondément bouleversé le domaine de la physique du solide. La caractéristique la plus emblématique de ces transitions de phases est l’apparition d’états localisés dont les propriétés ne sont pas affectées par la présence de défauts, dislocations ou toute autre forme de désordre. Par exemple, les isolants topologiques, une forme notoire de ces phases exotiques, présentent une conduction électrique le long de leur périmètre parfaitement insensible à la présence d’irrégularités. Récemment, le prolongement de cette physique topologique au domaine de la photonique a permis d’entrevoir la conception de nouvelles générations de dispositifs photoniques (e.g. guides d’onde, isolateurs optiques, diodes, et lasers) dont les performances sont insensibles aux perturbations de leur environnement.

    Dans le cas présent, les chercheurs du C2N ont réussi à fabriquer un laser topologiquement robuste en tirant profit de la physique des polaritons en cavité, une quasi-particule mi-photon/mi-matière confinée à l’intérieur de cavités optiques ayant la forme de micro-cylindres (voir l’encadré à droite). En couplant ces micro-cylindres, ils ont formé un réseau unidimensionnel présentant des propriétés topologiques bien précises menant à l’émergence de modes photoniques robustes localisés aux extrémités de ce réseau. Puis, grâce au gain généré par la partie matière des polaritons, ils ont obtenu une stimulation laser dans un de ces modes, réalisant ainsi le premier laser topologique.

     

    Légende image: Image par microscopie électronique du réseau de micro-cylindres avec une représentation artificielle de l’émission laser. Un schéma d’un de ces piliers est présenté où un puits quantique (PQ) est inséré entre deux miroirs de Bragg (MB).

    Lien vers l’article


  • 23

    10/2017

    Heat Coulomb Blockade of one Ballistic Channel


      Anne Anthore et Frédéric Pierre.

    (en anglais) Quantum physics rules charge and heat transport in low dimensional conductors. Exploring the new quantum laws of heat transport is a particularly challenging field of research. Indeed, there is no thermal equivalent of the ammeter and applying small but well-known temperature differences within nanoscale circuits is technically difficult.

    Physicists from C2N (CNRS-Paris Diderot University-Paris Sud University) overcomes this challenge by probing locally the temperature with ultra-sensitive noise measurements within a highly tunable hybrid metal-semiconductor nanocircuit. They have demonstrated that the classical law of heat resistance composition does not hold anymore. In particular, the heat evacuation from a small circuit node connected by perfect (ballistic) elementary quantum conductors is found systematically reduced by one thermal conductance quantum. This phenomenon results from electronic interactions. This work is published online in Nat. Phys. (https://www.nature.com/nphys/research/).


  • 25

    09/2017

    Yellow nano-bricks road for the light


      Anatole LUPU.

    For a long time optics evolution was based on the exploitation of the properties of so-called "natural" optical media, which are homogeneous and continuous on the wavelength scale. The advent of metamaterials dawned the era of new artificial media with exotic properties not encountered in the nature, leading to the demonstration of the invisibility cloak or the perfect lens based metamaterials with a negative index. However most of these demonstrations are confined to the field of microwaves.

    The two main obstacles preventing the use of metal metamaterials in the field of optics are: i) the technological difficulty of manufacturing multilayer structures; ii) the optical losses due to absorption of the metal. To circumvent these issues we consider a composite guiding structure made of a 2D plasmonic metasurface located on the top of high index silicon on insulator waveguide. The objective is to achieve an efficient control over the flow of the light in the waveguide using effective index variation induced by the metasurface resonance.

    By following this approach our team performed the demonstration of the first plasmonic metasurface based graded index lens integrated on a Silicon waveguide for operation in the near infrared domain. This enabling technology is quite generic and can be adapted to different type of planar lightwave circuits platforms: Silicon, GaN/AlN, InGaAsP/InP, doped silica glass etc.

    Figure 1 : Photography of the metasurface made of gold nanowires on silicon.

    Figure 2: Full 3D simulation of the light intensity inside the silicon at 190THz.

    Y. Fan, X. Le Roux, A. Korovin, A. Lupu, A. de Lustrac, “Integrated 2D graded index plasmonic lens on a Silicon waveguide for operation in the near infrared domain,” ACS Nano 11, 4599–4605 (2017).

    Lien vers l'article


  • 21

    09/2017

    Communiqué de presse: Le premier nano-neurone artificiel capable de reconnaissance vocale voit le jour


      Damien Querlioz.

    Des chercheurs de l'Unité mixte de physique CNRS/Thales, du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (CNRS/Université Paris Sud), en collaboration avec des chercheurs américains et japonais, viennent de développer le premier nano-neurone artificiel capable de reconnaitre des chiffres prononcés par différents locuteurs. Tout comme le développement récent des synapses électroniques, ce nano-neurone électronique, décrit dans un article de Nature, est une avancée clé pour l'intelligence artificielle et ses applications.

    Communiqué de presse du CNRS


  • 21

    09/2017

    Le C2N co-organise le 9ème Workshop franco-russe sur les nanosciences et nanotechnologies (RFWNN 2017), Souzdal (Fédération de Russie), 3-7 octobre 2017


      C2N.

    Depuis 2004, le CNRS organise, avec des organismes de recherche et des instituts de physique et chimie russes de renommée internationale, des séminaires scientifiques couvrant le domaine des nanosciences et des nanotechnologies. L'objectif est de renforcer les collaborations franco-russes existantes, d'en initier de nouvelles et, plus généralement, de donner un aperçu des récentes avancées françaises dans ce domaine. Ces séminaires, qui se déroulent alternativement en France et en Russie, ont permis de structurer de façon durable des collaborations bilatérales. Un bon exemple en est le Laboratoire International Associé ILNACS consacré aux nanostructures de semi-conducteurs composés dont la responsabilité scientifique incombe au C2N (voir http://www.lpn.cnrs.fr/fr/ELPHYSE/ILNACS/).

    Après Novosibirsk (2013) et Montpellier (2015), le 9ème workshop aura lieu à Souzdal, près de Moscou. Le C2N est fortement impliqué dans cet événement, dont il assure la coordination pour la France et la co-présidence et auquel il contribuera par trois présentations invitées.

    Site de la conférence


  • 15

    09/2017

    Le C2N participe à l'édition 2017 de la Fête de la Science


      Communication.

    Cette année encore le C2N ouvre ses portes aux scolaires (complet)  et au public à l'occasion de la Fête de la Science. Le dimanche vous sont proposés différents ateliers encadrés par des scientifiques:

    « Le nano insecte » : Pour observer des insectes à l’échelle nanométrique par microscopie électronique. ( ateliers toutes les 45 mn)

    « Initiation au Nano-monde » Un premier pas vers les propriétés étonnantes de l'infiniment petit. Participez à des ateliers et des démonstrations autour des couleurs du nano-monde, de la microscopie et de la magie des nanoparticules. Ces ateliers en accès libres pour petits et grands vous ouvriront les portes de ce monde très peu connu des nanosciences et nanotechnologies et comment on peut l'exploiter au quotidien.

    « Les outils des nanotechnologies » Nanotechnologies ? Que signifient ces termes pour vous ? Démystifiez ces notions et leur utilité en participant à la visite guidée de la Plateforme de  Micro-Nano technologies.

    "la physique amusante" Expériences pour les petits et pour les grands sur le magnétisme, l'électricité, le vide, les nanosciences et bien d'autres encore, menées sous la conduite de scientifiques. les ateliers sont libres d'accès toute la journée.


  • 27

    07/2017

    Neuromorphic computing with nanoscale spintronic oscillators


      Damien Querlioz.

    Jacob Torrejon, Mathieu Riou, Flavio Abreu Araujo, Sumito Tsunegi, Guru Khalsa, Damien Querlioz, Paolo Bortolotti, Vincent Cros, Kay Yakushiji, Akio Fukushima,Hitoshi Kubota, Shinji Yuasa, Mark D. Stiles ,Julie Grollier

    Neurons in the brain behave as nonlinear oscillators, which develop rhythmic activity and interact to process information1. Taking inspiration from this behaviour to realize high-density, low-power neuromorphic computing will require very large numbers of nanoscale nonlinear oscillators. A simple estimation indicates that to fit 108 oscillators organized in a two-dimensional array inside a chip the size of a thumb, the lateral dimension of each oscillator must be smaller than one micrometre. However, nanoscale devices tend to be noisy and to lack the stability that is required to process data in a reliable way. For this reason, despite multiple theoretical proposals2, 3, 4, 5 and several candidates, including memristive6 and superconducting7 oscillators, a proof of concept of neuromorphic computing using nanoscale oscillators has yet to be demonstrated. Here we show experimentally that a nanoscale spintronic oscillator (a magnetic tunnel junction)8, 9 can be used to achieve spoken-digit recognition with an accuracy similar to that of state-of-the-art neural networks. We also determine the regime of magnetization dynamics that leads to the greatest performance. These results, combined with the ability of the spintronic oscillators to interact with each other, and their long lifetime and low energy consumption, open up a path to fast, parallel, on-chip computation based on networks of oscillators.

    Lien vers l'article

     

     

     


  • 24

    07/2017

    H2020 Marie Curie Actions- Innovative Training Network INDEED Innovative Nanowire DEvicE Design- Doctoral Research Fellowship (PhD) Flexible nanowire light emitting diodes


      Maria Tchernycheva.

    PhD Research project

    Flexible optoelectronic devices provide an amount of new functionalities and have the potential to open up a new branch of industry. In particular, flexible light emitting diodes (LEDs), are today a topic of intense research driven by applications such as bendable displays, conformable light sources, bio-medical devices, etc. Today the flexible technology is dominated by organic semiconductors, which however exhibit low efficiency and a limited lifetime especially for the blue spectral range. For example, organic LEDs have a much lower luminance and a shorter lifetime in comparison to the LEDs based on inorganic nitride semiconductors. However, the inorganic semiconductor devices are mechanically rigid; the fabrication of flexible devices from conventional thin film structures is quite challenging and requires micro- structuring of the active layer. To avoid the micro-structuring step, it is advantageous to shrink the active element dimensions and to use bottom-up nanostructures, such as nanowires, instead of two-dimensional films. Nanowires show remarkable mechanical and optoelectronic properties stemming from their anisotropic geometry, high surface-to-volume ratio, and crystalline perfection. They are mechanically flexible and can stand high deformations without plastic relaxation. Polymer-embedded nanowires offer an elegant solution to create flexible optoelectronic devices, which combine the high efficiency and the long lifetime of

    norganic semiconductor materials with the high flexibility of polymers. The objective of this PhD project is to develop a reliable technology for red, green and bleu nanowire flexible micro-LEDs and to demonstrate a prototype of a display. Nanowire arrays embedded in a flexible film and lifted-off from their native substrate will be used as the active material. The lift-off and transfer procedure enables the assembly of free-standing layers of nanowire materials with different bandgaps without any constraint related to lattice- matching or growth conditions compatibility [1]. This concept therefore allows for a large design freedom and modularity since it enables combination of materials with very different physical and chemical properties, which cannot be achieved by monolithic growth. For RGB LEDs nanowires of different semiconductor materials (GaAsP and InGaN) will be employed.

    The PhD candidate will focus on the technological development of the displays using clean-room facilities of the C2N and on the device testing using optical spectroscopy and microscopy set-ups (photoluminescence, electroluminescence, EQE, electron beam induced current microscopy, etc).


  • 24

    07/2017

    Proposition de thèse: Mise au point de procédés de structuration de l’acier par gravure sèche associée à des traitements thermochimiques


      Stephane GUILET.

    Cette annonce de proposition de thèse a expiré.

     

    Sujet de thèse

    Cette thèse est une co-tutelle IJL/C2N. Nous proposons au candidat de développer des procédés de gravure réactive par plasma halogéné de la surface d’aciers inoxydables austénitiques et martensitiques à l’échelle micrométrique et/ou nanométrique. Il réalisera ce travail au C2N (Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies ; Université Paris-Saclay) où il disposera d’un équipement de gravure ICP/RIE et de moyens de caractérisation de la phase plasma et des motifs réalisés (sondes ioniques, spectroscopie optique d’émission, spectrométrie de masse, MEB, AFM, profilométrie…). Il travaillera en étroite collaboration avec un post-doctorant, recruté à l’IMN (Institut des Matériaux Jean Rouxel ; Université de Nantes), dont les activités porteront principalement sur le développement d’un modèle de gravure permettant d’appréhender de façon exhaustive les mécanismes d’interaction plasma-surface qui se produisent au cours du procédé. Les verrous technologiques et scientifiques résident dans la complexité du matériau à graver (poly-atomique, poly-cristallin, joints de grain, effets magnétiques), et l’obtention d’un masquage très sélectif adapté à la géométrie des pièces.

    A l’IJL (Institut Jean Lamour ; Université de Lorraine), le doctorant appliquera des traitements thermochimiques (nitruration, carburation) par plasma et à basse température sur les substrats d’acier structurés. La problématique est de permettre, à minima, de conserver les propriétés des motifs créés par gravure et donc les fonctionnalités visées, tout en renforçant globalement la structure afin d’améliorer la durée de vie des pièces. La résistance à la corrosion des matériaux traités est également un enjeu important. Après traitement, le doctorant devra donc s’impliquer dans la caractérisation des échantillons :

    • Topographie de surface et dimensions des motifs renforcés: profilométrie tactile, microscopie confocale, microscopie interférométrique en lumière blanche, AFM, MEB, MET
    • Aspect chimique et structural : métallographie, micro et nano-dureté, DRX, microsonde de Castaing, SIMS, SDL
    • Résistance à la corrosion : mesures électrochimiques stationnaires, spectroscopie d’impédance électrochimique
    • Mouillabilité : mesure d’angle de contact sur banc Digidrop
    • Etudes tribologiques : frottement de type pin-on-disc

  • 24

    07/2017

    le C2N double champion du monde concours microrobotique 2017


      Gilgueng HWANG - Laurent COURAUD.

    L’équipe NOMAD du C2N double championne du monde du concours « mobilité/précision » et « best-in-show » organisé lors de la conférence internationale sur la robotique qui s’est déroulée du 27 mai au 02 juin 2017 à Singapour.

    Notre équipe, qui s’est vu décerner ces prix face à une concurrence de plus de 3200 participants, n’en est pas à son coup d’essai. Déjà récompensée pour ses travaux de recherche en matière de micro-robots mobiles de 2011 à 2014 l’équipe, composée de Gilgueng Hwang (chercheur du CNRS) dont l’activité porte sur des microrobots mobiles en dispositifs microfluidique et Laurent Couraud (Ingénieur du CNRS) étudiant le développement d'un simulateur de microrobotique de réalité virtuelle avec un dispositif de joystick de retour de force, ont développé un système pouvant potentiellement aider les utilisateurs à piloter les microrobots. A l’aide Alisier Paris, doctorant, ils ont étudié la modélisation, la conception et le contrôle des microrobots, étude qui leur a permis de remporter la compétition «mobilité / précision» en présentant des résultats quatre fois supérieurs à ceux de la seconde équipe. Un remerciement particulier à Dominique Decanini (Ingénieur de recherche du CNRS) pour son expertise sur la nanolithographie 3D à deux photons, technologie indispensable pour fabriquer des microrobots en salle blanche.

    La mise à jour récente du module d'écriture rapide est déjà très prometteuse en termes de résultat. Notre équipe poursuit ces nouveaux défis techniques et scientifiques et participera à l’édition 2018 de la conférence qui se tiendra à Brisbane (Australie).

    Pour plus d'informations, contactez à gilgueng.hwang@c2n.upsaclay.fr

    http://www.lpn.cnrs.fr/en/NANOFLU/Nomad.php


  • 26

    06/2017

    15th Nano and Micro Systems workshop Nano/Micro systems for health and safety


      GDRI NAMIS.

    NAMIS is an international research network on Nano and Micro Systems initiated by the french National Center of Scientific Research (CNRS) and the Institute of Industrial Sciences (IIS) of the University of Tokyo. NAMIS was officially founded November the 2th, 2005 by 6 European and Asian organizations: CNRS (France), IIS/University of Tokyo (Japan), EPFL (Switzerland), IMTEK (Germany), SNU (Korea) and VTT (Finland). In the 2006-2010 period, new organizations from Canada (Polytechnique Montréal), South Korea (KIMM), France (ESIEE/université Paris- Est), Japan (Tohoku University), Taiwan (NTHU) and USA (University of Washington) successively joined NAMIS. In 2016 Tohoku university left NAMIS network while MESA+ Institute of Technology (The Netherlands) was welcome as a new partner. The network now gathers 12 organizations from 10 countries representing more than 90 high rank laboratories or Institutes.

    15th Nano and Micro Systems workshop

    Nano/Micro systems for health and safety

    June 26th-28th, 2017 Interciti Hotel,Daejeon, South Korea


  • 16

    06/2017

    Le C2N, 1 an déjà !!!


      C2N.

    Venez nombreux fêter les 1 an du C2N, vendredi 16 juin, site de Marcoussis


  • 14

    06/2017

    IONS Paris 2017 International OSA Network of Students


      C2N.

          L’association étudiante SCOP (Student Chapter of Optics – Paris) organise la conférence IONS (International OSA Network of Students) Paris 2017 (http://ionsparis.osahost.org). Cette manifestation a pour thème l’optique et les nanosciences, et vise à rassembler des doctorants travaillant dans ces domaines pour leur permettre de se rencontrer et de développer leur réseau. Une centaine de participants sont attendus à l’Ecole Polytechnique et l'Université Paris Sud du 14 au 17 juin 2017, pour des présentations (orales et posters) effectuées par des doctorants et des professeurs invités, des ateliers scientifiques à destination des enfants ainsi que des visites de laboratoires du campus Paris Saclay.

    Lien du site web de la conférence : http://ionsparis.osahost.org/


  • 24

    04/2017

    Projet HYPNOTIC porté par Fabrice Raineri récompensé par une bourse ERC CONSOLIDATOR 2016


      Fabrice Raineri.

    Des nano-lasers pour optimiser les télécommunications Spécialiste en optique non linéaire et en nanotechnologies, Fabrice Raineri est chercheur au sein de l’équipe NanoPhotonIQ du Centre de nanosciences et de nanotechnologies. Il est l’un des lauréats 2016 des bourses ERC Consolidator pour son projet HYPNOTIC, portant sur le développement de nano-lasers, ces sources de lumière extrêmement compactes et efficaces, nécessaires au futur des technologies de l’information et de la communication.

    Lien vers le site de l'INSIS

    Lien vers le site de l'Université Paris Diderot

    Légende photo : Photographie en microscopie électronique à balayage d’un nanolaser hybride en semiconducteur III-V sur Silicium


  • 24

    04/2017

    Naissance des nanodiodes électro-optiques- Fabrice Raineri


      Fabrice Raineri.

    Des chercheurs du C2N en collaboration avec STMicroelectronics et l’Université Paris-Diderot ont conçu et fabriqué des nanodiodes lasers intégrées sur silicium, capables de transférer très efficacement une information électrique dans le domaine optique à l’intérieur d’une puce. Ces travaux ont été publiés dans Nature Photonics.

    Lien vers les actualités de l'INSIS

    Lien vers le site de l'Université Paris Diderot


  • 10

    03/2017

    ERC : Damien Querlioz et Daniel Lanzillotti Kimura - Lauréats INSIS 2016 - Starting Grants


      Damien Querlioz.

    Les bourses ERC Starting Grants du Conseil européen de la recherche (ERC) soutiennent de jeunes chercheurs ayant obtenu leur doctorat il y a deux à sept ans. 325 projets ont été sélectionnés en 2016 toutes disciplines confonfues, parmi lesquels figurent 46 lauréats français, dont six chercheurs menant des activités de recherche au sein de laboratoires de l'INSIS.

    Lauréats INSIS ERC Starting, 

    Damien Querlioz lauréat d'une bourse ERC Starting Grant


  • 9

    03/2017

    Record de froid pour les électrons d’un circuit électrique de taille micrométrique


      Frédérique Pierre.

    Des physiciens ont refroidi des électrons au sein de circuits électriques micrométriques à une température de 6 millikelvins. Cette performance a été rendue possible par l’utilisation d’un dispositif de mesure de température in situ combinant trois techniques différentes. Lien vers l'article du CNRS

    Par où passe la chaleur dans les circuits quantiques ?

    La physique quantique régit le transport d’électricité et de chaleur à travers les conducteurs de très petites dimensions. L’étude de tels conducteurs permet d’établir la mécanique quantique à l’échelle mésoscopique, intermédiaire entre l’atome et le monde macroscopique, et également d’élucider les nouvelles lois du transport qui émergent dans les nanocircuits.

    En conséquence du double caractère à la fois ondulatoire et corpusculaire des particules, un conducteur quantique s’apparente à un guide d’onde électronique constitué de plusieurs modes élémentaires appelés canaux de conduction. Comme en transport classique, chaque canal est caractérisé par ses conductances électrique Ge et thermique Gth. La mécanique quantique se manifeste tout d’abord par les valeurs de Ge et Gth qui s’expriment simplement en fonction de la charge de l’électron et des constantes de Boltzmann et de Planck. Alors que la loi classique de composition des conductances électriques est vérifiée pour N canaux parfaitement transmis en parallèle, il est prédit qu’elle est violée pour les conductances thermiques. En effet, un unique canal parmi N est bloqué spécifiquement pour le transport de chaleur. C’est le résultat des corrélations quantiques entre canaux de conduction, induites par l’interaction coulombienne.

    La démonstration expérimentale de cette prédiction, appelée blocage de Coulomb de la chaleur, fait l’objet d’un article publié à Nature Physics par des chercheurs du CNRS et de l’université Paris-Diderot, travaillant au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (CNRS-UPsud).

    Pour parvenir à ce résultat les chercheurs de l’équipe Transport Quantique ont injecté quelques femto Watts (10-15 W) de puissance dans une électrode métallique micrométrique. A des températures de quelques centièmes de degrés au-dessus du zéro absolu (-273.14°C), la puissance injectée chauffe légèrement l’électrode et est principalement évacuée par deux très petits conducteurs quantiques présentant des canaux parallèles de conduction électroniques contrôlables in-situ. La température de l’électrode est mesurée très précisément à partir des fluctuations de courant électriques associées. La conductance thermique est alors déduite du ratio entre la puissance injectée et la différence de température. Pour observer le blocage de Coulomb de la chaleur, il a fallu refroidir à l’extrême le circuit afin que seuls les canaux de conduction électronique évacuent la chaleur. 

     

    Figure 1: Image en fausse couleur au microscope électronique de l’échantillon utilisé lors de la mesure du blocage de Coulomb de la chaleur. Les conducteurs quantiques sont réalisés dans la zone colorée en bleu et contrôlés par les pistes colorées en jaune. L’électrode métallique chauffée est coloriée en marron, des canaux de conduction sont symbolisés par les lignes rouges.


  • 16

    12/2016

    Bi-periodic nanostructured waveguides for wavelength-selectivity of hybrid photonic devices


      Anne TALNEAU.

    A bi-periodic nanostructuration consisting of a super-periodicity added to a nanohole lattice of sub-wavelength pitch is demonstrated to provide both modal confinement and wavelength selectivity within a hybrid III-V on Silicon waveguide. The wavelength selective behavior stems from finely-tuned larger holes. Such bi-periodic hybrid waveguides have been fabricated by oxide-free bonding III-V material on Silicon and display well defined stopbands. Such nanostructured waveguides offer the versatility for designing advanced optical functions within hybrid devices. Moreover, keeping the silicon waveguide surface planar, such nanostructured waveguides are compatible with electrical operation across the oxide-free hybrid interface. http://dx.doi.org/10.1364/OL.40.005148

  • 16

    12/2016

    Lasers à microdisque sur silicium fonctionnant dans l’ultra-violet profond


      Philippe BOUCAUD.

    Un consortium constitué du L2C, CRHEA, CEA-Inac et C2N a fait la démonstration de lasers à microdisque fonctionnant à température ambiante dans l’ultra-violet profond. L’originalité de ces lasers est d’être constitués d’une couche active très fine en matériau III-N directement épitaxiée sur substrat silicium. Ceci permet de fabriquer simplement des microrésonateurs (microdisques, cristaux photoniques) de faible épaisseur (< 100 nm) avec de forts facteurs de qualité. En variant la composition de la zone active, on peut ajuster la longueur d’onde d’émission des lasers de 275 nm à 470 nm. http://www.cnrs.fr/inp/spip.php?article4581 "Deep-UV nitride-on-silicon microdisk lasers" J. Sellés, C. Brimont, G. Cassabois, P. Valvin, T. Guillet, I. Roland, Y. Zeng, X. Checoury, P. Boucaud, M. Mexis, F. Semond, B. Gayral Nature Scientific Reports 6, 21650 (2016) www.nature.com/articles/srep21650 "Near-infrared III-nitride-on-silicon nanophotonic platform with microdisk resonators" I. Roland, Y. Zeng, X. Checoury, M. El Kurdi, S. Sauvage, C. Brimont, T. Guillet, B. Gayral, M. Gromovyi, J. Y. Duboz, F. Semond, M. P. de Micheli, and P. Boucaud Optics Express 24, 9602 (2016) https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-24-9-9602

  • 16

    12/2016

    Exchange interaction-driven dynamic nuclear polarization in Mn-doped InGaAs/GaAs quantum dots


      Olivier KREBS.

    The optical spin orientation and subsequent dynamic nuclear polarization (DNP) in individual self-assembled InGaAs/GaAs quantum dots doped by a single Mn atom is shown to be strongly perturbed by the exchange interaction between a photo-created electron and the spin of the magnetic impurity. The anisotropic part of the exchange, if strong enough , significantly depolarizes the electron spin in moderate magnetic fields, preventing thus any DNP. Yet, for small anisotropies, a pronounced DNP develops in an external magnetic field and shows a remarkable succession of rises interrupted by abrupt falls (evidenced by spectral jumps in the magneto-PL image). This striking behavior reveals the contribution of the exchange interactions to the energy cost of electron-nucleus spin flip-flops which drives the DNP efficiency. http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.94.195412

  • 16

    12/2016

    Efficient light trapping in ultrathin silicon solar cells


      Stéphane COLLIN.

    Ultrathin c-Si solar cells have the potential to drastically reduce costs by saving raw material, while maintaining good efficiencies thanks to the excellent quality of monocrystalline silicon. However, efficient light trapping strategies must be implemented to achieve high short-circuit currents. We report on the fabrication of both planar and patterned ultrathin c-Si solar cells on glass using low temperature (T<275°C), low-cost and scalable techniques. Epitaxial c-Si layers are grown by PECVD at 160°C and transferred on a glass substrate by anodic bonding and mechanical cleavage. A silver back mirror is combined with a front texturation based on an inverted nanopyramid array fabricated by nanoimprint lithography and wet etching. We demonstrate a short-circuit current density of 25.3 mA/cm² for an equivalent thickness of only 2.75µm. External quantum efficiency (EQE) measurements are in very good agreement with FDTD simulations. We infer an optical path enhancement of 10 in the long wavelength range. A simple propagation model reveals that the low photon escape probability of 25% is the key factor in the light trapping mechanism. The main limitations of our current technology and the potential efficiencies achievable with contact optimization are discussed. Reference: Ultrathin epitaxial silicon solar cells with inverted nanopyramid arrays for efficient light trapping, A. Gaucher, A. Cattoni, C. Dupuis, W. Chen, R. Cariou, M. Foldyna, L. Lalouat, E. Drouard, C. Seassal, P. Roca i Cabarrocas and S. Collin, Nano Letters 16, 5358–5364 (2016). http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b01240

  • 15

    12/2016

    Flexible nitride nanowires light emitting diodes


      Maria TCHERNYCHEVA.

    Presently, flexible light sources mainly use organic materials integrated on lightweight and flexible plastic substrates. However, organic LEDs present a much lower luminance and a shorter lifetime in comparison to the LEDs based on inorganic nitride semiconductors. The inorganic semiconductor devices in their bulk form are mechanically rigid. Polymer-embedded nanowires (NWs) offer an elegant solution to create flexible optoelectronic devices, which combine the high efficiency and the long lifetime of inorganic semiconductor materials with the high flexibility of polymers. In our recent work we have fabricated NW light emitters, which can sustain large deformations. NW arrays embedded in a flexible film and lifted-off from their native substrate were contacted with a silver NW mesh. The lift-off and transfer procedure enables the assembly of free-standing layers of NW materials with different bandgaps without any constraint related to lattice-matching or growth conditions compatibility [1]. This concept therefore allows for a large design freedom and modularity since it enables combination of materials with very different physical and chemical properties, which cannot be achieved by monolithic growth. NW membranes with different properties were assembled in a two-color LED [1]. Combined with nano-phosphors, white flexible LEDs were demonstrated [2]. Lien web (si disponible): [1] http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.5b02900 [2] http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.5b00696

  • 15

    12/2016

    Flexible nitride nanowires light emitting diodes


      Maria TCHERNYCHEVA.

    Presently, flexible light sources mainly use organic materials integrated on lightweight and flexible plastic substrates. However, organic LEDs present a much lower luminance and a shorter lifetime in comparison to the LEDs based on inorganic nitride semiconductors. The inorganic semiconductor devices in their bulk form are mechanically rigid. Polymer-embedded nanowires (NWs) offer an elegant solution to create flexible optoelectronic devices, which combine the high efficiency and the long lifetime of inorganic semiconductor materials with the high flexibility of polymers. In our recent work we have fabricated NW light emitters, which can sustain large deformations. NW arrays embedded in a flexible film and lifted-off from their native substrate were contacted with a silver NW mesh. The lift-off and transfer procedure enables the assembly of free-standing layers of NW materials with different bandgaps without any constraint related to lattice-matching or growth conditions compatibility [1]. This concept therefore allows for a large design freedom and modularity since it enables combination of materials with very different physical and chemical properties, which cannot be achieved by monolithic growth. NW membranes with different properties were assembled in a two-color LED [1]. Combined with nano-phosphors, white flexible LEDs were demonstrated [2]. [1] http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.5b02900 [2] http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.5b00696

  • 9

    12/2016

    le C2N est un partenaire du réseau Européen NFFA pour la nanofabrication


      C2N.

    le C2N est un partenaire du réseau Européen NFFA pour la nanofabrication

  • 1

    12/2016

    ERC Consolidator HYPNOTIC (Hybrid Indium Phosphide on Silicon nanophotonics for ultimate laser diode


      Fabrice Raineri.

    The HYPNOTIC project aims at achieving a breakthrough in Silicon laser science and technology by taking forward the III-V semiconductors on Silicon hybrid technology into the nanophotonic world to make the dream of the convergence of microelectronics and photonics on a chip come true. This project intends to take up the challenge of bringing to reality electrically powered photonic crystal nanolasers as reference sources for dense integration and logical processing in a Silicon-based optical platform by accomplishing: (i) power efficiency with extremely low activation energies of few fJ, (ii) high bandwidth beyond 40Gbits/s, (iii) compactness with footprints less than 100µm² for high integration density of 103-104 of devices per mm2. A paradigm change will be brought to Silicon photonics by laying down 3 corner stones which consist firstly in the realisation of ultimate nanolaser diode sources at telecom wavelengths using an optimised single hybrid active nanocavity. Secondly, the groundbreaking atomic physics concepts of superradiance and lasing without inversion of population resonators will be transposed to nanophotonics by coupling several active nanocavities. Besides studying them for their fundamental interest, the project will capitalise on them to drastically augment the power efficiency and the modulation bandwidth of the nanosources. Finally, the fabricated nanolaser diodes using these novel concepts will be exploited to demonstrate cutting-edge flip-flop and memory devices able to surpass current off-chip electronic random access memories in access times and bandwidth which could enable unprecedented computational power.

  • 16

    11/2016

    Remise de prix pour le projet GOSPEL


      Delphine MORINI.

    Delphine Morini s'est vu décernée le Prix de l'impact sociétal de l' ANR pour le projet GOSPEL: PROPRIÉTÉS OPTIQUES LIÉES À LA BANDE INTERDITE DIRECTE DANS LES MULTI-PUITS QUANTIQUES Ge/SiGe

  • 16

    11/2016

    GOsPEL project awarded from the Societal impact Prize from the Research National Agency ANR (2016)


      delphine MORINI.

    In the information age, the reduction of the power consumption of information systems, and especially in the data centers will have major impact. The development of high data rate and low power consumption optical links to replace electrical interconnects is among the main challenges in silicon photonics. In this context, the GOsPEL project aimed at the demonstration of new optical integrated platforms based on Ge/SiGe quantum wells. This project tackled both the theoretical and experimental study of physical properties of quantum well structure and the demonstration of high performance photonic devices. Among the main results, a compact (< 100 µm) and low power consumption (<100 fJ/bit) optical modulator was obtained, and an optical link on a chip was demonstrated. This last result, published in Nature Photonics, showed the potential of these structures as innovative and powerful low power consumption optical platform. This project was awarded from the Societal impact Prize during the “Rencontres du numérique de l’ANR” on 16-17 November 2016.

  • 28

    06/2016

    28 juin 2016 – Pose de la première pierre du C2N


      Giancarlo Faini.

    La première pierre du C2N sera posée le 28 juin 2016 en présence de Thierry Mandon, Secrétaire d’Etat auprès de la Ministre de l’Éducation Nationale, de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, chargé de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, Sylvie Retailleau, Présidente de l’Université Paris-Sud, et d’Alain Fuchs, Président du Centre National de la Recherche Scientifique. Cet évènement sera l’occasion de dévoiler un modèle de « mastaba » représentant les structures érigées pour accueillir les instruments les plus sensibles aux vibrations mécaniques et demandant des conditions sévères en termes de stabilité de terrain. https://www.universite-paris-saclay.fr/fr/actualite/premiere-pierre-du-centre-de-nanosciences-et-de-nanotechnologies

  • 20

    06/2016

    Contrôler la photoluminescence des nanotubes de carbone


      Frédérique Pierre.

    En déposant des nanotubes de carbone sur des micro-résonateurs en forme d’anneau, des chercheurs de l'Institut d'électronique fondamentale (IEF, CNRS/Université Paris-Sud) sont parvenus à contrôler finement la lumière émise par les nanotubes. Adaptés à des dispositifs complexes, cette technologie pourrait permettre de maitriser des futures applications dans les télécommunications optiques ou les circuits intégrés pour la microélectronique. Ces travaux sont publiés dans la revue Nanotechnology.

  • 2

    06/2016

    Signature d'un accord de coopération avec l’Institut Coréen des Technologies Électroniques


      Amanda Trepagny.

    Le jeudi 2 juin 2016, dans le cadre du Forum économique France-Corée organisé par le MEDEF et la Federation of Korean Industries (FKI) a été signé un accord de coopération entre l'Université Paris-Sud représentée par sa Présidente Sylvie Retailleau et le KETI (Korea Electronics Technology Institute).
    La signature de cet accord a été rendue possible notamment par l’intérêt manifesté par le KETI sur les travaux de recherche menés par l’équipe de Elie Lefeuvre du département Microsystèmes et NanoBiofluidique. Lire le communiqué de presse

  • 1

    06/2016

    Contrôle cohérent d’un atome artificiel à l’aide de quelques photons


      Pascale SENELLART.

    Dans un réseau quantique optique, l’information est transférée d’un point à un autre via le couplage avec la lumière. Une brique élémentaire d’un tel réseau quantique peut être constitué d’un atome en cavité. Idéalement, chaque photon envoyé sur le composant interagit avec l’atome. Des chercheurs du C2N, en collaboration avec l’Institut Néel à Grenoble, ont démontré le contrôle cohérent d’un atome artificiel en cavité à l’aide d’impulsions lumineuses constituées de quelques photons seulement. Le nœud quantique est composé d’une boite quantique semiconductrice placée de façon précise dans une microcavité. Ce travail montre également que la même expérience réalisée avec des états de Fock à photon permettrait d’inverser l’état de l’atome avec une probabilité de 55%. Ce travail est publié dans la revue Nature Communications (open access). http://www.nature.com/ncomms/2016/160617/ncomms11986/full/ncomms11986.html

  • 1

    06/2016

    Naissance du C2N


      Giancarlo Faini.

    Créé au 1er juin 2016, le Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N) est né de la décision conjointe du CNRS et de l’Université Paris-Sud de fusionner et de regrouper sur un même site le Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN) et l’Institut d’Electronique Fondamentale (IEF). L’installation au cœur du Campus Paris-Saclay sera effective fin 2017 sur le site du Quartier de l’École Polytechnique, les nouveaux bâtiments du C2N étant actuellement en construction .

  • 24

    03/2016

    Jacqueline Bloch lauréate du Prix Jean Ricard


      Jacqueline Bloch.

    Le 24 mars dernier, Jacqueline Bloch a reçu des mains de Michel Spiro, président de la Société française de physique, le prix Jean Ricard 2016, qui récompense le remarquable travail effectué et qu’elle poursuit au sein du LPN à Marcoussis, dans le domaine de la spectroscopie des nanostructures semi-conductrices, de l’optique non-linéaire et de l’optique quantique. http://www.cnrs.fr/inp/spip.php?article4447 https://www.sfpnet.fr/laureate-du-prix-jean-ricard-2015-jacqueline-bloch

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    03/2016

    Une nouvelle génération de sources de photons uniques pour l’optique quantique


      Pascale SENNELLART.

    Des chercheurs du C2N, en collaboration avec l’Institut Néel à Grenoble et l’Université du Queensland (Australie), ont fabriqué des sources de photons uniques à base de boîtes quantiques semiconductrices d’une qualité sans précédent. Ils ont réussi à combiner une technique unique inventée en 2008 permettant de positionner une boîte au centre d’un micropilier faisant office de cavité optique et un contrôle électrique pour supprimer le bruit de charge. Ils ont ainsi démontré la fabrication contrôlée et reproductible de sources brillantes de photons uniques et totalement identiques (à plus de 99,5%). Leurs travaux montrent que, comparées aux technologies actuelles, ces sources sont environ 15 fois plus brillantes que les sources de photons uniques annoncés à conversion de fréquence. Ces résultats, publiés dans la revue Nature Photonics, ouvrent de nombreuses perspectives pour les technologies quantiques optiques. http://www.nature.com/nphoton/journal/v10/n5/full/nphoton.2016.23.html