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NANODIAPLAS
Type : JCJC
Porteur : Swaminathan PRASANNA
Titre : Homogeneous nucleation of NanoDiamond particles in Microwave microPlasmas
Résumé : L’identification des conditions physico-chimique et la compréhension des processus et phénomènes fondamentaux permettant la nucléation de nanopartiucles de diamant, également appelées nanodiamants (DNP’s), dans les plasmas hors équilibre microonde dans le but de développer un nouveau procédé assurant la synthèse en phase gazeuse de DNP de très grande qualité avec une distribution de taille contrôlée. L’approche consiste d’une part à analyser les processus et phénomènes impliqués sur plusieurs échelles, à l’aide de diagnostics expérimentaux et simulation des plasmas et, d’autre part à corréler les résultats ainsi obtenus sur les caractéristiques locales du plasmas avec les caractérisations chimiques et morphologiques des particules obtenues. Le projet devrait permettre de jeter les bases d’un procédé permettant d’assurer une production optimale des DNP de très grande qualité cristalline et de distribution de taille contrôlée.
SYSMAG
Type : ASTRID
Porteur : Damien FAURIE
Titre : Développement de SYStèmes MAGnoniques étirables et imperceptibles
Résumé : Ce projet se situe dans le contexte large de l’électronique étirable, et plus spécifiquement dans celui des systèmes magnétiques fabriqués sur des substrats souples qui présentent un intérêt croissant. En effet, les formes de plus en plus complexes d’appareils électroniques et de textiles intelligents doivent incorporer la fonctionnalité magnétique pour le stockage/transfert de données. D’un point de vue général, la principale limitation de ces systèmes déformables est leur durabilité souvent trop faible. Si les substrats généralement constitués de polymères sont adaptés à de grandes déformations, les nanostructures inorganiques qui portent la fonctionnalité magnétique sont intrinsèquement beaucoup plus fragiles. Ainsi, un enjeu majeur est de comprendre les phénomènes mécaniques à grandes déformations ainsi que les liens entre ces phénomènes mécaniques et le comportement magnétique (du fait du couplage magnétoélastique). Nous prévoyons dans ce projet de développer des cristaux magnoniques (ensemble périodique de nanostructures magnétiques) lithographiées sur substrats élastomères (figure 1), dont les applications visées sont les systèmes étirables/flexibles magnétiques multi-fréquentiels. Ce travail vise donc à étudier les effets de la nanostructuration latérale de couches minces sur les propriétés mécaniques et magnétiques couplées qui peuvent être optimisées conjointement. Particulièrement, nous visons à développer des cristaux magnoniques dont le spectre des ondes de spin reste stable à grande déformation. Ce projet se situe dans le cadre d’un partenariat entre le LSPM (UPR CNRS) et l’ITODYS (UMR- CNRS-Université de Paris) qui associent leurs compétences en nanophysique et nanochimie respectivement, pour développer des systèmes magnoniques associant légèreté, transparence et tenue mécanique à grande déformation. Un investissement fort en centrale de nanotechnologie de l’Université Sorbonne Paris Nord est prévu dans ce projet.
FEMHILIM
Type : PRME
Porteur : Yann CHARLES
Titre : Finite Element Modeling of Hydrogen Induced bLIstering in Metals
Résumé : En réponse aux défis environnementaux actuels, l’hydrogène peut être amené à jouer un rôle clé dans un renouveau énergétique, à la fois comme vecteur d’énergie (par exemple dans les piles à combustible) et comme source d’énergie (réactions thermonucléaires au sein des tokamaks). Les matériaux de stockage, de transport ou dans les tokamaks doivent pouvoir supporter des pressions élevées et/ou des flux d’hydrogène sous diverses sollicitations thermomécaniques. L’une des manifestations des interactions hydrogène-matériau est la formation de cloques à la surface de l’échantillon ; de nombreux résultats expérimentaux ont montré que ce type de dommage se produit pour différents matériaux indépendamment de la structure cristalline et de la ductilité. Dans certains système, l’éclatement des cloques induit des poussières, ce qui peut par conséquent affecter l’intégrité du système. Le contrôle de ce type d’endommagement est par conséquent important pour contrôler la durée de vie de tout système dans un environnement hydrogéné, et en particulier dans le cadre des applications liées au plasma. Ce projet vise donc à développer un modèle complet du cloquage et à l’implémenter dans un logiciel Éléments Finis, dans le cadre de la mécanique continue. Il sera pris en prenant en compte l’ensemble du processus de formation des cloques (de l’initiation des bulles à l’échelle nanoscopique à la rupture macroscopique) incluant l’impact des lacunes et de la plasticité couplées à la fois au transport de l’hydrogène et aux champs thermomécaniques.
TRAMPOLINE
Type : PRC
Porteur : Fabien BÉNÉDIC
Titre : quanTum-gRade diAMond with sPatially lOcaLIzed Nv cEntres
Résumé : Solid-state quantum systems that possess long-lived spin and/or optical coherence are likely to play key roles in the development of a broad range of applications in quantum technologies (QT), from quantum networks to information processing and quantum sensing. In this context, among the various candidates that are being considered colour centres in diamond are arguably one of the most promising and studied systems. The growing interest that surrounds this material essentially stems from the outstanding optical and spin properties of the nitrogen-vacancy (NV) colour centre, that consists of a substitutional nitrogen atom (N) combined with a vacancy (V) in a neighboring lattice site of the diamond crystal, and which have opened up a plethora of potential breakthrough applications in QTs.
The TRAMPOLINE project aims at tackling one of the most important challenges in quantum-grade single crystal diamonds, from the point of view of the material fabrication processes and technologies: the ability to spatially localize NV colour centres within the crystal either in a thin embedded layer or at its surface, keeping acceptable all other requirements for QTs.
To reach these objectives, TRAMPOLINE will address the following issues:
(i) Create NV delta-doped layers (i.e. 2D spatial localization) in high-quality diamond films. Two methods will be used to achieve this goal:
• in situ doping using a new type of Chemical Vapour Deposition CVD reactor allowing diamond growth at very low rates
• ex situ doping of intrinsic CVD single crystal diamond relying on a new versatile implantation platform that uses an ECR plasma source
followed by an encapsulation by a thin intrinsic overgrown layer.
(ii) Further spatially localize (3D) the NV centres by etching useful diamond nanopillar arrays in the NV delta-doped layers through clean room processing
(iii) Assess and maximize the optical and spin properties of NV centres in this environment by using dedicated post-treatment enhancement, such as rapid thermal annealing (RTA)
(iv) Validate the material fabrication process and post-treatments, and NV properties as well, by integrating the produced material into quantum sensors and devices such as levitating quantum sensors and scanning tips for magnetometry.
The TRAMPOLINE partnership involves three French academic laboratories (LSPM, IRCP, LPENS) and one Swiss company (Qnami). This network has expertise in different complementary fields: microwave reactor engineering, diamond synthesis, growth process, NV doping, plasma diagnostics and modelling, Monte Carlo model, clean room processing, colour centre characterization, quantum physics and sensing.
ULTRAMAP
Type : PRC
Porteur projet : G.-D. STANCU (EM2C-CentraleSupelec)
Porteur LSPM : G. LOMBARDI
Titre : ULTRAfast laser diagnostics for MAPping radicals in atmospheric pressure plasma-assisted processes
Résumé : Les plasmas atmosphériques réactifs sont de plus en plus utilisés dans les technologies de pointe pour le traitement des matériaux, les applications environnementales, énergétiques, biomédicales et aérospatiales. Les ruptures technologiques nécessitent une compréhension fondamentale des plasmas, en particulier la cinétique des radicaux atomiques et moléculaires aujourd’hui mal connue. Les raisons sont d’une part le manque de données cinétiques précises pour la modélisation du plasma, et d’autre part le fait que les diagnostics soient confrontés à de sérieux défis, notamment des temps caractéristiques très courts (inférieurs à ns) et des très petites dimensions (inférieures au mm). L’objectif du projet est de développer des techniques spectroscopiques laser avancées pour la détection de radicaux, telles que la fluorescence induite par laser à deux photons à l’aide de lasers ultracourts: picosecondes et fs femtosecondes. L’objectif final du projet est de fournir une base de données pour les radicaux atomiques clés tels que O, H, N et C. Ces espèces transitoires sont extrêmement importantes pour un très grand nombre d’applications d’écoulement réactif.
TI-BISTRO
Near-field BLS imaging. Sketch of the near-field part of the setup.
Type : JCJC
Porteur : Eloi HALTZ
Titre : TIp-enhanced BrIllouin SpecTROscopy
Résumé : The goal of my TI-BISTRO project is to develop a completely new type of tip enhance d scanning microscope sensitive to the local magnetization dynamics which allows the probing and imaging of SWs in thin films in the GHz subTHz range with a nanometer resolution . The development of this table top experiment is based on the combination and the synchronization of an atomic force microscope AFM ) and a Brillouin light scattering spectroscope BLS ) (shown Figure.2 ). This new approach will offer new insight in the field of magnetic systems by probing local SW dynamics such as the organization of SWs in nano objects (patterned films, magnetic textures), the imaging of the antiferromagnetic order or even the local coupling between magnetic and structural orders. Finally, this technique is compatible with a large sample environment allowing, in the long term, the local study of the SW response to external stimuli.
DAMMAG
Porteur : Fatih ZIGHEM
Titre : Impact of mechanical DAMaging on MAGnetic nanosystems deposited on stretchable substrates
Résumé : Le projet DAMMAG vise à étudier les modifications du magnétisme de films minces déposés sur des polymères, et ce, en fonction de chemins de chargements contrôlés allant des petites aux grandes déformations. En effet, les relations entre les évolutions des propriétés magnétiques de films minces et des réseaux de fissuration propres aux grandes déformations, n’ont jamais été étudiées alors que les dispositifs flexibles subissent de telles déformations lors de leur utilisation. Un banc expérimental original sera développé sur un diffractomètre en combinant une machine de déformation biaxiale, un dispositif MOKE pour mesurer les propriétés magnétiques (à la fois en imagerie et en magnétométrie), des mesures de résistivité et des mesures précises de déformation par corrélation d’images. De plus, des simulations permettront de reproduire les déformations appliquées et les différents réseaux de fissuration observés expérimentalement ainsi que les gradients de champs de déformation pour simuler les modifications des propriétés magnétiques.
COMPAGNON
Type : PRC
Porteur : Frédéric SCHOENSTEIN
Titre : Composite piézo-magnétique par frittage sous champ
Résumé : Ce projet porte sur l’élaboration d’un matériau composite qui, de par sa composition chimique et sa structuration innovantes, présentera de nouvelles fonctions permettant de moduler ces caractéristiques magnétiques par un champ électrique. Il s’agira de mettre en forme des composites dont la matrice sera constituée d’une phase piézoélectrique inorganique et les inclusions seront à base de nano-objets ferromagnétiques aciculaires. L’utilisation de composés piézoélectriques sans plomb et d’aimants sans terres rares sera proactive par rapport à la réglementation en vigueur. Un procédé d’élaboration nouveau, économe et respectueux de l’environnement sera mis en place. Une originalité du projet consistera en particulier à combiner le Spark Plasma Sintering à la présence d’un champ magnétique pour la mise en forme des composites. Ce procédé de frittage permettra d’organiser la phase magnétique au sein de la phase piézoélectrique afin d’en optimiser les propriétés de couplage Magnéto-électrique. Ces propriétés seront étudiées en lien avec la micro et nanostructure d’interface.
Les principaux objectifs innovants du projet COMPAGNON sont:
• L’élaboration d’un composite innovant, présentant des fonctions couplées permettant de moduler les caractéristiques de l’aimant permanent (Mr, Ms, Hc et Ka) par un champ électrique et présentant des coefficients de couplage de l’ordre des centaines de mV.cm-1.Oe-1.
• La caractérisation des interfaces dans le composite par la mise en œuvre de techniques avancées multi-échelles : échelles atomique (MET haute résolution, EELS …) , nanostructurale (FIB-3D) et du composite (XPS, PDF, …).
• Contribuer à la compréhension du lien entre structure-composition-interface au sein du nanocomposites (nanofils-matrice) et les propriétés ME obtenues.
• Lever des verrous, que ce soit au niveau fondamental (nucléation et croissance de nanofils, élaboration des systèmes coeur@coquilles, couplage magnéto-électrique, maîtrise de la taille de grains, des interfaces et de la densification/structuration des composites……) mais aussi au niveau technologique (nanostructuration sous champ) dans le domaine des matériaux multifonctionnels.
• Disposer d’aimants permanents avec un champ magnétique de l’ordre de 1 T, sans terres rares dont l’intensité pourrait être contrôlée par un champ électrique.
EGLASS
Type : PRCI
Porteurs : P. DJEMIA & M. GHIDELLI
Titre : Films minces nanostructurés de verres métalliques avec des propriétés mécaniques et électriques supérieures
Résumé : Thin Film Metallic Glasses (TFMGs) are an emerging class of materials characterized by the lack of long-range atomic periodicity, with the potential to realize exceptional combinations of mechanical and electrical properties so far unachievable by conventional crystalline counterparts. Nevertheless, the understanding of the relationship atomic structure (composition/free volume) with mechanical/electrical properties is barely understood limiting the development of engineered microstructures requiring the development of novel strategies for their synthesis and cutting-edge techniques for sub-micrometer scale characterization.
In this context, the EGLASS project aims to develop advanced TFMGs with tailored composition and then with nanoscale design such as multilayers and amorphous films with embedded nanocrystals resulting in outstanding combination of mechanical/electrical properties. The project will merge the unique expertise of LSPM (sputtering deposition, in situ mechanical characterization, ab initio molecular dynamics simulations) and KIT (advanced synthesis routes, structural/electrical characterization) fostering the application of TFMGs as future materials for micro-electronics.
