Lorsque des individus sont mis ensemble,  des comportements collectifs spectaculaires peuvent apparaître, tels les bancs de poissons, des structures concentriques chez les bactéries, ou bien encore les vols hypnotiques des oiseaux. Ces dernières années de nombreux systèmes actifs artificiels ont été développés, dans le but de reproduire leurs homologues vivants. Des observations ont mis en évidence la capacité de ces systèmes à s'auto-organiser, en formant spontanément des agrégats dynamiques. Comment quantifier en termes thermodynamiques un tel comportement ? 

Comme le soulignent le dernier rapport du GIEC (2013) et les nombreux rapports sur la qualité de l’air, les nanoparticules de l’atmosphère, majoritairement de nature diélectrique, ont un effet sur le climat et la santé publique qui reste à quantifier. Une des incertitudes majeures porte sur l’aérosol organique (carbone organique, suies issues du carburant Diésel), qui absorbe très efficacement la lumière. Dans ce contexte, l’équipe OET a développé une méthode optique nouvelle, permettant de mesurer à distance les nanoparticules absorbantes contenues dans l’atmosphère. Pour discriminer les particules absorbantes de celles purement diffusantes, les auteurs ont exploité la loi fondamentale de Kirchhoff, associée au rayonnement de Planck émis par les nanoparticules diélectriques absorbantes de l’atmosphère, suite à leur incandescence induite par laser (LII).

Le Prix Jeunes Chercheurs/euses de la SFP – Saint Gobain - récompense un jeune doctorant ayant récemment soutenu sa thèse. Anna Lombardi a préparé sa thèse à l’Institut lumière matière sous la direction de Natalia Del Fatti sur le sujet : Linear and Ultrafast response of individual multi-material nanoparticles, thèse soutenue en septembre 2013.

La cérémonie a eu lieu à Paris le 23 janvier, à l’occasion de la journée Regards de Physicien(ne)s organisée par la SFP.

La migration de trou est un processus ultrarapide fascinant induit par la corrélation électronique et intervenant avant le mouvement nucléaire dans une molécule complexe. La théorie prédit que le couplage aux noyaux provoque la décohérence et la disparition de cette dynamique de charge ce qui rend son observation particulièrement difficile. Les calculs réalisés à l'ILM, qui sont basés sur une approche quantique multi-électronique couplée au mouvement nucléaire, montrent que l’ionisation instantanée de la molécule de benzène induit une migration de trou caractérisée par une respiration périodique de la densité de charge oscillant entre l’anneau de carbone et les atomes d’hydrogènes à l’échelle attoseconde. Ce travail réalisé en collaboration avec A. Kuleff (Heidelberg) montre que cette oscillation survit au mouvement nucléaire suffisamment longtemps pour permettre son observation expérimentale, ce qui en fait un système modèle pour étudier l’influence de la migration de trou sur la réactivité moléculaire.

Les boîtes quantiques colloïdales sont des nano-émetteurs dont la luminescence est une succession d’états allumés (ON) et éteints (OFF) : elles clignotent. La distribution de probabilité des durées ON et OFF obéit à des lois de puissance larges : l’émission est non-ergodique. Les méthodes développées pour analyser et comprendre cette émission présentent des biais causés par cette non-ergodicité : la valeur des exposants dépend des conditions expérimentales et de choix arbitraires de traitement des données. On ne peut donc pas identifier avec certitude les phénomènes responsables du clignotement. Dans cet article, les auteurs présentent la première méthode d’analyse du clignotement libre de tout biais ou choix arbitraire. La méthode est basée sur l’enregistrement simultané de la luminescence de 450 boîtes quantiques uniques, à l’aide d’un microscope champ large (NanOpTec) et couplé à une caméra ebCMOS (IPNL) sensible au photon unique.

Les verres sont devenus une classe de matériaux de grande importance dans les applications technologiques. Toutefois, plusieurs de leurs propriétés restent mal comprises, et suscitent de nombreux travaux de recherche. C’est le cas de la propagation des ondes acoustiques, dont la compréhension est fondamentale pour expliquer la propagation de la chaleur dans ces systèmes, connus pour leur basse conductivité thermique.

Dans cet article, les auteurs ont réalisé une étude expérimentale approfondie des phonons par diffusion inélastique des rayons X dans un verre silicate en fonction de la température. Il s'agit d'un verre de type réseau, qui peut être décrit comme un réseau tridimensionnel de liaisons covalentes. Pour la première fois les auteurs trouvent une forte dépendance de la température de l’atténuation des ondes acoustiques de haute fréquence (THz), qui peut être expliquée par une interaction anharmonique entre les phonons acoustiques et le bain de vibrations thermiques. L’importance de l’anharmonicité augmente au fur et à mesure qu’on se rapproche de la température de transition vitreuse et affecte sensiblement la densité d’états vibrationnelle. Ce résultat est fondamental pour arriver à formuler une description théorique quantitative de la conductivité thermique dans ce type des verres.

Le verre de silice soumis à des conditions extrêmes de pression subit une déformation plastique se traduisant par une modification drastique de ses propriétés mécaniques. Dans cet article, les auteurs combinent expériences haute pression et spectroscopie Brillouin afin de caractériser pour la première fois l’évolution globale des modules élastiques de la silice en fonction de son taux de densification. Ils démontrent une évolution non-linéaire et indépendante du chemin thermodynamique suivi (densification à température ambiante ou thermiquement assistée). Ce travail constitue une avancée importante dans le but d’élaborer une loi de comportement du verre sous sollicitations mécaniques.

La réponse optique des nanostructures métalliques soumises à une excitation lumineuse est gouvernée par une forte résonance d’extinction, la Résonance de Plasmon de Surface Localisée (RPSL). Jusqu’à aujourd’hui peu d’études ont été menées sur des nanostructures à base de métaux de transition, car leur résonance est généralement fortement atténuée dans l’UV. Dans cet article, les auteurs montrent d’un point de vue théorique et expérimental que le couplage plasmonique peut être exploité pour générer des RPSL dans des nano-antennes (NAs) de dimères à base de métaux de transition. L’avantage des dimères par rapport aux monomères repose essentiellement sur l’exaltation du champ électromagnétique dans la zone interparticule. L’apparition de RPSL par couplage plasmonique est illustrée expérimentalement sur différents types de NAs (Pd, Pt et Cr) élaborées par nanolithographie. Les mesures d’extinction optique absolue (entre 300 nm et 1650 nm) ont été réalisées sur des NAs individuelles dont la morphologie a été caractérisée par microscopie électronique (MEB et AFM).

Le frottement des liquides aux parois, qui limite le transport dans les liquides confinés, est encore très mal compris. Dans cet article, les auteurs mesurent pour la première fois le frottement liquide/solide par des méthodes dites ab initio, tenant compte de la structure électronique de la matière, et donc de sa nature quantique. Ils montrent alors que le frottement de l’eau est très différent dans des structures de graphène et de nitrure de bore (BN), alors que le mouillage des deux matériaux est similaire. Ils relient alors cette différence de frottement à des effets de structure électronique que seule une approche ab initio peut décrire. Ce travail constitue un important jalon pour la compréhension et la prédiction du frottement dans les systèmes nanofluidiques, et présente d’importantes implications pour le développement de membranes pour la désalinisation et l’extraction de « l’énergie bleue », i.e. l’énergie osmotique de l’eau salée.

Tout le monde connaît le bruit du scotch que l’on déroule et qui provient d’une instabilité dynamique de pelage dite « stick-slip ». Dans un contexte industriel, cette instabilité conduit à un endommagement adhésif et une pollution sonore préjudiciable. Pour comprendre comment cette instabilité dépend de l'angle de pelage, un nouveau dispositif expérimental a été développé, permettant de décoller un ruban adhésif pour une large gamme de vitesses, longueurs de ruban et angles de pelage, imposés et contrôlés. Grâce à ce dispositif, nous avons découvert que l'instabilité est fortement atténuée pour un angle de pelage important. Cet effet est lié à un couplage entre la raideur du système, qui augmente avec l'angle de pelage, et l'inertie du ruban.