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une_2024-05_verre-Giordano

2024-05-06T00:01:43+00:00

Quand une nanostructure se comporte comme un verre

When a nanostructure behaves like a glass

Valentina Giordano, Stéphane Pailhès et Regis Debord, (équipe Energie), en collaboration avec des collègues de Grenoble, ont publié un article intitulé " Glass-like phonon dynamics and thermal transport in a GeTe nano-composite at low temperature " dans la revue Small.

Valentina Giordano, Stéphane Pailhès and Régis Debord (Energy team), in collaboration with colleagues from Grenoble, published an article entitled " Glass-like phonon dynamics and thermal transport in a GeTe nano-composite at low temperature " in the journal Small.

Un défi sociétal majeur aujourd’hui est la réduction des dissipations de chaleur et sa récupération. Pour cela, des matériaux à basse conductivité thermique mais avec de bonnes propriétés électroniques sont recherchés. Le Graal est un matériau qui transporte la chaleur comme un verre. Dans ces derniers, le désordre diffuse fortement les particules élémentaires responsables du transport thermique par les vibrations des atomes, les « phonons ». Ceci donne lieu à des propriétés vibrationnelles spécifiques, telles que la présence d’un excès de modes dans la densité d’état vibrationnelle à basse énergie par rapport à la loi de Debye, qui sont à l’origine d’une basse conductivité thermique faiblement dépendante de la température.
Les auteurs ont démontré ici que une dynamique vibrationnelle et transport de chaleur de type verre peuvent être obtenus dans un nanocomposite fait de matériaux avec un fort contraste de propriétés. C’est le cas d’un nanocomposite fait de GeTe et carbone amorphe, d’intérêt pour la microélectronique. Les auteurs ont mis en évidence une basse conductivité thermique faiblement dépendante de la température, ainsi que l’apparition d’un excès d’états dans densité d’états vibrationnelle, mesurée par diffusion inélastique des rayons x à ESRF. Le contraste élastique est à l’origine d’une forte diffusion des phonons et du comportement de type verre.

A major challenge today is reducing heat dissipations and recycling waste heat. For this, materials with a low thermal conductivity but good electronic properties are generally sought. The holy Grail is a material able to transport heat as glasses. In these latter, disorder strongly scatters the quasi-particles of the atomic vibrations responsible for heat transport, phonons. The consequence is a glass-specific vibrational dynamics, with an excess of modes in the low energy phonon density of states with respect to the Debye law, which is dubbed responsible for a low and weakly temperature dependent thermal conductivity.
The authors have shown here that a glass-like vibrational dynamics and heat transport can be obtained in a nanocomposite made of materials with a strong contrast of properties. This is the case of a nanocomposite made of GeTe and amorphous carbon, of interest in microelectronics. The authors have evidenced a low and weakly temperature dependent thermal conductivity, as well as the arising of an excess of states in the low energy phonon density of states, as measured by inelastic x ray scattering at ESRF. The strong elastic contrast is at the origin of a strong phonon scattering and the arising of glass-like behavior.

The vibrational density of states of GeTe (blue) is compared with the one of the nanocomposite GeTeC (red) after division by the energy squared. GeTe follows the Debye law, while this is not the case for GeTeC, like in glasses. Inset : thermal conductivity in GeTe and GeTeC, showing the strong reduction and different temperature dependence in the latter.

une_2024-04_enchevetrement-Nandi

2024-04-25T00:01:24+00:00

Un laser à électrons libres génère l’enchevêtrement quantique

A free-electron laser generates quantum entanglement

Saikat Nandi (équipe Structure & Dynamique Multi-échelle des Édifices Moléculaires), en collaboration avec des collègues de Lund, Trieste, Göteborg, Paris, Cassel et Hambourg, ont publié un article intitulé "Generation of entanglement using a short-wavelength seeded free-electron laser" dans la revue Science Advances.

Saikat Nandi (team Multiscale Structure & Dynamics of Complex Molecules) with colleagues from Lund, Trieste, Gothenburg, Paris, Kassel and Hamburg published an article entitled "Generation of entanglement using a short-wavelength seeded free-electron laser", in the journal Science Advances.

L’enchevêtrement est un phénomène purement de mécanique quantique sans équivalent en physique classique. Pour deux particules enchevêtres, la mesure de l’état quantique de l’une d’elles renseigne sur l’autre, même si elles sont séparées par une grande distance. Initialement, l’idée de l’enchevêtrement a été rejetée par Albert Einstein lui-même, la qualifiant d’action « spooky » à distance. Cependant, il s’est avéré que l’effet photoélectrique décrit par l’équation photoélectrique d’Einstein présente une opportunité unique d’étudier l’enchevêtrement quantique entre le photoélectron émis et l’ion résiduel - mesurer l'énergie cinétique du premier détermine l'état quantique exact d la dernière.
Ici, nous avons étudié l'intrication quantique entre un photoélectron et un ion hélium (He+), généré par d'intenses impulsions ultraviolets extrêmes (UVX) provenant d'un laser à électrons libres (FERMI à Trieste, Italie) avec des échelles de temps ultrarapides. La haute intensité de l’impulsion UVX nous a permis de créer un état habillé « atome + photon » pour He+, comme décrit par Claude Cohen-Tannoudji pour une interaction cohérente lumière-matière. En raison de l’enchevêtrement entre ces deux particules, l’électron situé à près de 200 nanomètres de l’ion peut savoir ce qui se passe à l’intérieur de l’ion, ce qui nous permet d’étudier la dynamique de l’état habillé. La durée de l’impulsion XUV médiatrice de l’enchevêtrement n’était que de 70 femto-secondes – cette nature ultracourte de l’impulsion nous a permis d’observer l’enchevêtrement avant qu’elle ne puisse être détruite par interaction avec l’environnement. Nos résultats ouvrent la voie à l’utilisation de l’enchevêtrement quantique pour dépasser la limite posée par la résolution instrumentale en spectroscopie photo-électronique, en utilisant des impulsions ultracourtes.

Entanglement is a purely quantum mechanical phenomenon with no counterpart in classical physics. For two entangled particles, the measurement of the quantum state of one of them provides the information about the other, even if they are separated by a large distance. Initially, the idea of entanglement was dismissed by Albert Einstein himself as the ‘spooky’ action-at-a-distance. However, as it turned out the photoelectric effect described by Einstein’s photoelectric equation, presents a unique opportunity to study the quantum entanglement between the emitted photoelectron and the residual ion – measurement of the kinetic energy of the former determines the exact quantum state of the later.
Here, we studied quantum entanglement between a photoelectron and a helium ion (He+), generated by intense extreme ultraviolet (XUV) pulses from a free-electron laser (FERMI in Trieste, Italy) at ultrafast timescales. The high intensity of the XUV pulse allowed us to create an ‘atom + photon’ dressed-state for He+, as described by Claude Cohen-Tannoudji for coherent light-matter interaction. Because of the entanglement between these two particles, the electron that is almost 200 nanometer away from the ion can know what is happening in the ion, allowing us to probe the dynamics of the dressed-state. The duration of the XUV-pulse mediating the entanglement was only 70 femtoseconds – this ultrashort nature of the pulse enabled us to observe the entanglement before it can be destroyed via interaction with the surrounding environment. Our results pave the way to employ quantum entanglement to surpass the limit posed by instrumental resolution in photoelectron spectroscopy, using ultrashort pulses.

une_2024-04_shrink-Monnier

2024-04-15T00:01:06+00:00

Chéri, j’ai rétréci les cellules ! Les cellules confinées rapetissent

Honey, I shrunk the cells! Squeezed cells get smaller

Malèke Mouelhi, Alexis Saffon, Morgane Roinard, Hélène Denaloë-Ayari, Sylvain Monnier et Charlotte Rivière (équipe Biophysique) ont récemment publié un article dans le journal eLife intitulé "Mitosis sets nuclear homeostasis of cancer cells under confinement".

Malèke Mouelhi, Alexis Saffon, Morgane Roinard, Hélène Denaloë-Ayari, Sylvain Monnier and Charlotte Rivière (Biophysics team) just published a new study in the journal eLife entitled "Mitosis sets nuclear homeostasis of cancer cells under confinement".

Au cours de leur vie, les cellules animales sont soumises à de nombreuses contraintes mécaniques, notamment dans des contextes cancéreux. Dans cette étude, les auteurs ont découvert que les cellules cancéreuses peuvent s'adapter à un confinement spatial en ajustant leur volume et en relaxant les contraintes appliquées à leur noyau. Ils ont montré que cette adaptation se produit après la mitose : les cellules qui naissent dans une situation confinée sont plus petites. Cette recherche approfondit non seulement notre compréhension de la biologie des cellules cancéreuses, mais elle offre également des perspectives pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques

During their lifespan in the body, animal cells are subjected to numerous mechanical stresses, especially in cancerous contexts. In this study, the authors showed that cancer cells can adapt to spatial confinement by adjusting their volume and relaxing the stresses applied to their nucleus. They uncovered that this nuclear adaptation occurs after mitosis: cells that are “born” under a confined situation are smaller. This groundbreaking research not only deepens our understanding of cancer cell biology but also holds promise for the development of novel therapeutic strategies.

une_2024-04_challenges-Lepine

2024-04-09T00:01:19+00:00

Enjeux de la physique pour 2050

Grand challenges in physics for 2050

Franck Lépine (équipe DYNAMO) a contribué au livre intitulé "Grand Challenges Physics for Society in the Horizon 2050", publié en mars 2024 par la Société européenne de physique (EPS).

Franck Lépine (DYNAMO team) contributed to the book entitled "Grand Challenges Physics for Society in the Horizon 2050", published in March 2024 by the European Physical Society (EPS).

Ce livre est une action de l'EPS dont le but est d’aborder la dimension sociale de la science ainsi que les grands défis de la physique à l'horizon 2050, qui apporteront un changement radical aux sociétés industrialisées, élèveront le niveau de vie à l'échelle mondiale et fourniront une compréhension fondamentale de la nature. Le livre rassemble une centaine de scientifiques du monde entier qui examinent les domaines les plus brûlants de la physique actuelle, depuis les particules, en passant par les atomes, les cellules, les étoiles, les galaxies, notre place dans l'univers, pour explorer notre capacité à imaginer et façonner l’avenir en utilisant la méthode scientifique.

Le chercheur de l’iLM a notamment contribué au chapitre « onde et matière » qui traite de la révolution que constitue la physique ultrarapide et les impulsions de lumière extrême, de la physique attoseconde aux lasers à électrons libres.

This book is an action of the EPS whose aim is to address the social dimension of science as well as the great challenges of physics in the horizon 2050, which will bring a radical change to industrialized societies, raise the standard of living on a global scale and will provide a fundamental understanding of nature. The book brings together a hundred scientists from all around the world who examine the hottest areas of modern physics, from particles, to atoms, to cells, to stars, to galaxies, to our place in the universe, to explore our ability to imagine and shape the future using the scientific method.
The iLM researcher contributed to the chapter “wave and matter” which deals with the revolution constituted by ultrafast physics and pulses of extreme light, from attosecond physics to free electron lasers.