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WEB Nano Saclay

Projets 2013

25 juin 2013

Collaborations NanoSaclay autour de la Plateforme d'élaboration / imagerie / caractérisation UHV de l'IRAMIS/SPEC (ex SPCSI).

Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

COL-NANO

2013

CEA/SPEC

LPMC, SOLEIL, ICMMO, LPN, Ecole Centrale Paris

37 200k€

2 ans

 


 

Titre

Collaborations NanoSaclay autour de la Plateforme  d'élaboration / imagerie / caractérisation UHV du SPCSI

Porteur

Luc Barbier

Date de démarrage

Juin 2013

Présentation du projet

Les équipes du Bât 462 - CEA-Saclay du SPEC (Service de Physique de l'État Condensé) - anciennement SPCSI (Service de Physique et Chimie des Surfaces et interfaces) disposent d'un ensemble de dispositifs expérimentaux d'élaboration / imagerie / caractérisation à l'échelle nanométrique sous ultra-vide (UHV) de surfaces, dépôts moléculaires et couches minces. Cet ensemble de caractérisation (Microscopies UHV STM, AFM, STM-AFM couplés, spectroscopies associées, études LEEM/PEEM) est unique dans les laboratoires du Plateau de Saclay. Il a pour vocation d'être accessible à la communauté du Labex par l'intermédiaire de collaborations avec les équipes du SPEC en charge du bon fonctionnement de ces instruments.

Six projets collaboratifs ont été proposés lors de la rédaction du projet COL-NANO.
Résultats

Sept projets portés par des partenaires du synchrotron SOLEIL, du LPN et de l’École Centrale ont pu être réalisés. La plateforme COL-Nano a également accueilli un projet issu du projet phare NanoPhotonique.

  • Synchrotron Soleil (M. Silly) : "Étude STM de l’auto-assemblage de dérivés de pérylène sur une électrode métallique d’or".
  • Synchrotron Soleil (S. Stanescu) : "Interaction et frustration magnétique dans des assemblées de nanostructures magnétiques".
  • Synchrotron Soleil (R. Belkhou) : "Couplage magnéto-électrique dans des films minces d’oxydes à structure perovskite".
  • SPMS, Unité Mixte CNRS-École Centrale Paris (B. Dkhil et I. Cañero-Infante) : "Études de composés multiferroïques (BFO) par LEEM. L'achat d'un porte-échantillon spécifique permet de réaliser les études complémentaires en LEEM et PEEM (MesoXcope)".
  • LPN Marcoussis (A. Ouerghi) : "Étude de couches de graphène sur SiC(111) par LEEM"
  • ISMO (A. Ouvrard) : " Réseaux plasmoniques : étude de l'organisation de réseaux nanométriques de nanoparticules métalliques coadsorbées avec des molécules organiques".
  • Action de tutorat "NanoSaclay" : Microscopie STM et électronique cde commande.

 

Les dispositifs expérimentaux de la plateforme UHV du SPEC-Bât 462 du SPEC restent ouverts à toute collaboration effective et active au sein du LABEX NanoSaclay.
Publication(s)

A. Ouerghi et al., "Two distinct phases of tetralayer graphene films on 6H-SiC(0001)", en préparation.

T. Aghavnian, S. Stanescu, D. Stanescu, R. Belkhou, J.-B. Moussy, H. Magnan, C. Mocuta, and A. Barbier, “Tailoring the ferroelectricity of BaTiO3 by a CoFe2O4 top layer”, en preparation pour APL.

25 juin 2013

Ferroélectricité de titanates de terres rares

Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

FIRET

2013

UMPhy

SPMS, LPS

49,8 k€

1 an

 

 

Titre

Ferroélectricité de titanates de terres rares

Porteur

Manuel BIBES

Date de démarrage

Juin 2013

Présentation du projet

Le projet vise à étudier une nouvelle classe de matériaux en couches minces, les

titanates de terres rares (RTiO3). Ces composés sont des isolants de Mott, c'est à dire que leur caractère isolant découle des fortes corrélations électroniques. Selon la terre rare R, ils sont antiferromagnétiques (La-Sm) ou ferromagnétiques (Gd-Lu). Les matériaux sont forme massive ont été assez peu étudiés, et le champ de recherche est presque vierge pour ce qui concerne les couches minces. Parmi les activités de recherche envisagées à l’UMPhy autour des films de RTiO3, on trouve la génération de nouvelles phases électroniques, soit en combinant des couches de RTiO3 avec d'autres pérovskites fortement corrélées (comme les nickelates et les manganites) et en jouant sur les reconstructions structurales, électroniques, orbitales et magnétiques aux interfaces, soit en exploitant les effets de contrainte épitaxiale. C'est à ce dernier point que s'intéresse plus particulièrement le projet FIRET.

Le projet propose une approche globale : de la simulation ab-initio (SPMS) à la caractérisation structurale par spectroscopie de perte d'énergie et microscopie TEM (LPS). La croissance et la caractérisation structurale des films minces sont effectuées à l'Unité Mixte CNRS-Thalès.

 

Résultats

Le projet s’est focalisé sur le composé GdTiO3 (GTO), qui est quasiment le seul pour lequel il existe une littérature couches minces. L'optimisation de la croissance de films de GTO (par la technique de l'ablation laser pulsée) s'est avérée ardue mais a finalement permis d’obtenir des couches pures (sans phase parasite). Leurs propriétés structurales, magnétiques et électroniques ont fait l’objet d’une publication.

Par la suite, des couches de GTO ont été élaborées sur divers substrats balayant une large gamme de désaccords de maille avec le GTO massif. L'étude des propriétés physiques est en cours. Les données structurales révèlent d’ores et déjà une dépendance inattendue des paramètres de maille avec la contrainte.

En parallèle et en collaboration avec L. Bellaiche (U. Arkansas), il a été prédit que, pour de fortes contraintes en compression, une instabilité ferroélectrique devait se développer, conférant ainsi au GTO un caractère multiferroïque avec à la fois une forte polarisation et une forte aimantation, ce qui est extrêmement rare à des températures supérieures à 10 K environ. Les mesures sont en cours pour vérifier cette prédiction. Des analyses en microscopie électronique en transmission et de spectroscopie des rayons X sont également en cours.

Publication(s)

Grisolia MN et al, Applied Physics Letters 105 (2014)

Suite du projet

Projet plus vaste sur l’étude de l’interface entre deux oxydes de métaux de transition : projet "MINT" (Nouveaux états et dispositifs électroniques aux interfaces d’isolants de Mott), lauréat d’une bourse ERC Consolidator 2013

 

25 juin 2013

Etude de la mécanotransduction sur des cellules endothéliales vasculaires par FRET

 Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

NanoCELL

2013

IEF

Laboratoire Charles Fabry ; LadHyX

66 k€

1 an

 

 

Titre

Etude de la mécanotransduction sur des cellules endothéliales vasculaires par FRET

Porteur

Niko Hildebrandt

Date de démarrage

Juillet 2013

Présentation du projet

Le projet NanoCELL vise à étudier la mécanotransduction sur des cellules endothéliales vasculaires, et donc expliquer comment un signal mécanique reçu par une cellule endothéliale (CE) est converti en un signal biologique capable de moduler la réponse cellulaire. Des travaux menés au LadHyX ont montré que la transmission des forces mécaniques s’effectue via les fibres de stress (rassemblement de filaments d’actine). Les modèles théoriques du LadHyX montrent que la dynamique est lente ou rapide suivant l’angle d’application de la force.

L’objectif du projet NanoCELL est de vérifier d’un point de vue expérimental ces prédictions. Il vise notamment à :

  • Contrôler l’organisation du cytosquelette d’actine dans les CE
  • Appliquer des forces contrôlées en amplitude et en direction à la surface des CE
  • Valider la mécanique de transmission rapide par FRET

Résultats

Il a été possible de contrôler et quantifier, de façon reproductible, l’organisation du cytosquelette d’actine sur des surfaces microstructurées. Sur ces structures en forme de barre, les fibres de stress s’organisent à la périphérie de la cellule.

Concernant l’application des forces contrôlées en amplitude et en direction à la surface des CE, les expériences ont nécessité le développement de pinces optiques. Le piège développé a été calibré et est mobile dans 2 directions. Les expériences sont en cours d’analyse afin de vérifier la reproductibilité des résultats.

Enfin, pour valider les modèles de transmission des forces, les partenaires ont suivi par analyse FRET la protéine Src, activée lors des phénomènes de mécano-transduction. Des optimisations ont été nécessaires pour s’affranchir des problèmes de photoblanchissement. Les expériences sont toujours en cours.

Publication(s)

En cours

Suite du projet

Une pré-proposition a été déposée à l’ANR (2014) et est en cours d’évaluation

 

25 juin 2013

Fabrication de structures sub-micrométriques tridimensionnelles par absorption linéaire

Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

One-Fab-3D

2013

LPQM

Laboratoire Charles Fabry

41,5 k€

21 mois

 

 

Titre

Fabrication de structures sub-micrométriques tridimensionnelles par écriture directe par laser en régime d’absorption linéaire ultra-faible

Porteur

Ngoc Diep LAI

Date de démarrage

Juillet 2013

Présentation du projet

Le projet vise à mettre au point une méthode simple et à bas coût pour réaliser des structures sub-micrométriques dans des résines photosensibles. L’originalité du projet réside dans l’utilisation d’un laser à 532 nm (visible) pour inscrire des structures sub-micrométriques 3D, traditionnellement obtenues en utilisant un laser IR (laser titane-saphir). Grâce à une absorption linéaire ultra-faible, l’intensité du faisceau d’excitation diminue de façon négligeable au cours de la propagation dans le matériau. Par ailleurs, l’utilisation d’un objectif de microscope de grande ouverture numérique permet de focaliser le faisceau laser à l’intérieur du matériau, avec une très forte intensité au point focal. Par cette combinaison, il est possible déplacer le point de focalisation librement à l’intérieur du matériau, ce qui est à l’origine de la fabrication 3D. Cette technique est appelée LOPA (Low one-photon absorption).

Plusieurs structures sub-micrométriques 3D ont été fabriquées à la demande. D’autres structures adaptées seront élaborées pour des applictions micro-fluidiques innovantes.

Résultats

La première étape du projet a été la réalisation de calculs théoriques sur la distribution de l’intensité de l’excitation au point focal en fonction du coefficient d’absorption du matériau utilisé. Un système de microscopie confocale a été monté afin de fabriquer plusieurs structures.

 

Par exemple, une structure chirale 3D (ci-dessus) a été obtenue par l’écriture couche par couche, des structures 1D avec une rotation de 60° entre deux couches consécutives. De toute évidence, une structure 3D sub-micrométrique est bien créée, donnant des résultats similaires à ceux obtenus par la méthode de gravure directe par laser par la technique d’absorption à deux photons. La technique de LOPA n’exige qu’une puissance très faible, généralement de 2 à 7 mW, d’un laser continu à 532 nm qui est un laser standard et à faible coût.

Publication(s)

  • MT Do et al., Nanotechnology 26, 105301 (2015)
  • MT Do et al, Microsystem Technologies 20, 2097 (2014)
  • Li Q et al, Opt. Lett. 38, 4640 (2013)
  • MT Do et al, Opt. Express 21, 20964 (2013)

Suite du projet

Diverses applications sont en cours d’étude

25 juin 2013

Structure électronique à la surface et aux interfaces de films minces purs

Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

OxyClean

2013

CEA/SPEC

UMPhy

29 k€

2 ans

 

 

Titre

Structure électronique à la surface et aux interfaces de films minces purs

Porteur

Claire Mathieu

Date de démarrage

Mai 2013

Présentation du projet

Les oxydes fonctionnels, tels que les matériaux ferroélectriques ou multiferroïques, ont des propriétés physiques particulières. L’étude de la structure de bande de couches minces d’oxydes est cruciale, car elle permet d’obtenir des informations sur leurs propriétés électroniques, qui peuvent varier en fonction de l’épaisseur de la couche mince, de l’état de contrainte mécanique de la surface, ou encore des interfaces oxyde/oxyde. L’analyse des propriétés électroniques de ces matériaux requiert des techniques spectroscopiques avancées et un transfert entre le bâti de croissance et le microscope. Cependant, ce transfert est source de contaminations de surface qui affectent les analyses spectroscopiques et dont il faut s’affranchir.

Dans ce cadre, le projet OxyClean vise à mettre au point une valise de transfert ultravide afin de transférer les structures d’oxydes élaborées à l’UMPhy au PEEM de l’IRAMIS et ainsi étudier les propriétés aux surfaces de films minces d’oxydes non contaminés.

Quatre projets bénéficieront de cette acquisition :

  • Structure électronique à une interface ferroélectrique
  • Dépendance en épaisseur de la polarisation électrique dans des couches minces
  • Structure électronique sous champ de gaz 2D à l’interface LAO/STO
  • Structures électroniques dans des nickelates

Résultats

Les partenaires du projet ont conçu, acheté les pièces détachées et monté une valise de transfert ultravide adaptée aux instruments de l’UMPhy et du SPEC.

Les mesures pour l’analyse des structures électroniques des oxydes seront réalisées prochainement.

Publication(s)

 

 

 

25 juin 2013

Optical instruments suite for neutron scattering studies of photomagnetic materials

Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

PHOTOMAG@NEUTRONS

2013

LLB

ICMMO

22 k€

1,5 an

 

 

 

Titre

Optical instruments suite for neutron scattering studies of photomagnetic materials

Porteur

Grégory CHABOUSSANT

Date de démarrage

Juin 2013

Présentation du projet

Les matériaux moléculaires magnétiques laissent envisager des applications dans le stockage de l’information.

Le projet vise à établir une plateforme expérimentale pour les chimistes et physiciens de NanoSaclay qui étudient les matériaux photomagnétiques.

L’objectif est de développer un équipement combinant différentes techniques de diffraction, de diffusion de neutrons (SANS, INS,…) avec un dispositif d’illumination laser intégrable sur cryostats. Ce développement nécessite l’acquisition de sources lasers permettant de couvrir un large spectre de longueurs d’onde afin d’élargir le panel d’excitations possibles, des fibres optiques pour leur intégration et les portes échantillons adaptés.

Résultats

Trois sources laser portables couvrant au total un large spectre de longueurs d’onde (390-830 nm) ont été acquises. En parallèle, un porte échantillon adapté, en quartz, a été développé. Il est rempli de poudre d’échantillon, illuminé par la lumière laser et placé dans le faisceau de neutrons pour les expériences.

Des premiers tests de dispositif ont été réalisés sur un échantillon modèle à base de Fe2+ : le Fe2+(phen)2(NCS)2, qui présente une transition magnétique de haut-spin S=2 vers bas-spin S=0 à 176K. Sous l’effet de l’irradiation à basse température, il est possible de renverser le processus et revenir à l’état HS. Les mesures réalisées montrent un signal inélastique vers 1.1 meV qui permet de caractériser pour la première fois le zero-field splitting (ZFS) produit par l’anisotropie magnétocristalline.

Des mesures complémentaires sont en cours.

Publication(s)

/

 

25 juin 2013

Synthèse de nanotubes de carbone

Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

Synaca

2013

ICMMO

SPCSI

53,5 k€

1 an

 

Titre

Synthèse de nanotubes de carbone

Porteur

Vincent Huc

Date de démarrage

Octobre 2013

Présentation du projet

Les nanotubes de carbone présentent des propriétés physiques (électroniques, optiques, mécaniques) particulièrement attractives pour une utilisation dans des domaines variés (transistors, photovoltaïque…). Cependant, pour exploiter ces matériaux à grande échelle, il est nécessaire de contrôler certaines caractéristiques à l’origine de leurs propriétés exceptionnelles, comme par exemple leur diamètre et leur enroulement (chiralité). Une solution est la synthèse totale des nanotubes de carbone.

Dans ce cadre, le projet SYNACA vise mettre au point des techniques de croissance séquentielles autorisant un parfait contrôle du diamètre, de la chiralité, de la longueur du nanotube et du positionnement de dopants et donc des propriétés électroniques. Pour cela, des calixarènes seront utilisés comme « templates » et associés à des couplages de Suzuki en cascade. 

Par ailleurs, les propriétés physiques (optique, transport) des segments obtenus de type « zig-zag » seront évaluées de points de vue théorique et expérimental.

Résultats

Le projet s’est tout d’abord focalisé sur l’amélioration des procédés de synthèse en améliorant la production des calixarènes utilisés comme templates et en contrôlant la forme de ces supports de départ.

Les travaux d’optimisation des procédés de synthèse, ont permis d’obtenir des segments de nanotube comportant 12 motifs en utilisant un calix[6]arène comme support de départ. Afin d’envisager l’obtention de de nanotubes de carbone par voie chimique, il a été nécessaire de fonctionnaliser les segments de nanotube. Les travaux ont permis d’obtenir un segment de nanotube de carbone comportant 8 motifs et fonctionnalisé par 4 methoxy.

Des travaux connexes visant à optimiser la synthèse du calix[6]arène ont conduit à la découverte de calixarènes « géants ». Ces molécules n’ont aucun équivalent sur le marché et possèdent un très fort potentiel dans des domaines comme la catalyse et la nanomédecine.

Publications et suites du projet

  • Un brevet déposé en 2014 sur les calixarènes géants
  • 2 publications en cours

Le projet est poursuivi par un soutien de l’Idex Paris Saclay (projet Annemol lauréat de l’AAP Prématuration 2014). Une start-up devrait prochainement être créée pour valoriser les calixarènes géants.

25 juin 2013

Techniques d’Imagerie et de Profils de Dopage en Champ Proche

Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

TipDoc

2013

IEF

LGEP, LAL

48 k€

2 ans

 

Titre

Techniques d’Imagerie et de Profils de Dopage en Champ Proche

Porteur

Jean-Luc PERROSSIER

Date de démarrage

Mai 2013

Présentation du projet

L’AFM utilisé en mode conductif permet d’obtenir, avec une résolution nanométrique, deux images simultanées l'une présentant la cartographie de la topographie et l'autre celle de la résistance locale de l'échantillon. Il peut toutefois être difficile de recueillir des informations quantitatives fiables et répétitives au cours du temps.

Le projet TipDoc vise à développer, au sein de la plateforme CTU de l’IEF, une méthode de caractérisation de profils de dopage des semi-conducteurs à l'échelon nanométrique. Elle est une application de la technique de mesure AFM en mode conductif et tire profit des possibilités remarquables du Resiscope®, module mis au point par le LGEP. Les partenaires bénéficient du savoir-faire du LGEP en mesures de surface électriques en champ proche. L’objectif est de mettre cette technique de détermination des profils de dopage à disposition des chercheurs du plateau de Saclay intéressés.

Deux applications sont directement envisagées : la mesure de gradients de dopants dans les matrices de détecteurs pixel mises au point par le LAL-Orsay pour être utilisées dans l’expérience ATLAS du LHC au CERN-Genève, et le développement de jonctions supraconductrices de silicium en vue de la réalisation de transistors à effet Josephson.

 

Résultats

La première étape du projet a consisté d’une part, en l’installation et la mise en conformité du Resiscope® sur le module AFM de l’IEF présentant les meilleures performances topographiques, d’autre part en l’optimisation de la préparation des échantillons par une méthode s’apparentant à celle qui est mise en œuvre en microscopie électronique à transmission (TEM). Les travaux ont ensuite porté sur la caractérisation de standards pour la calibration des profils de dopage. Des relevés cartographiques de résistance ont ainsi été réalisés sur l’AFM-Resiscope® et comparés avec les profils simulés, les profils SIMS (spectrométrie de masse à ionisation secondaire) et les profils SRP (Spreading Resistance Profiling). Les mesures entre les simulations et les mesures obtenues à l’aide de la méthode SIMS corrèlent. Les données obtenues avec la méthode SRP sont en cours d’analyse.

Publication(s)

 

25 juin 2013

Turing patterns with DNA nanotechnology

Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

Turnano

2013

LPN

ISSB (Evry)

54 k€

1 an

 

Titre

Turing patterns with DNA nanotechnology - Contrôle d'ondes chimiques à base d'ADN

Porteur

André Estevez-Torres

Date de démarrage

Février 2014

Présentation du projet Un système chimique autocatalytique, qui est une réaction où le produit catalyse sa propre production, est capable de générer des fronts qui se propagent de façon similaire à ceux d'un feu de forêt. Leur vitesse de propagation est constante et déterminée par le coefficient de diffusion et la vitesse de réaction de l'autocatalyseur. Les fronts de propagation chimique sont connus depuis un siècle mais ils sont très difficiles à contrôler de façon quantitative. Dans ce travail nous avons utilisé un autocatalyseur à base d'ADN ce qui permet, pour la première fois, de prédire de manière quantitative son taux de croissance ainsi que son coefficient de diffusion. Ces recherches ouvrent la possibilité à la synthèse de structures spatio-temporelles complexes qui pourraient nous renseigner sur l'émergence de la forme et l'ordre dans le vivant.
Publication(s)

- Zadorin AS et al, Physical Review Letters 114 (2015)

- Zambrano A et al, J. Phys. Chem. B 119 (2015)

 

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