Numéro 71 : Janvier 2022
Des cellules solaires dont la transparence et la production d’énergie s’adaptent aux conditions d’ensoleillement.
En laboratoire, les cellules solaires à colorant démontrent aujourd’hui des efficacités supérieures à 14 % et peuvent être semi-transparentes, colorées et très efficaces sous de faibles irradiations. Elles ont récemment amorcé leur développement industriel avec des exemples d’intégration dans des façades de bâtiments.
Dans cet article, nous rappellerons le principe de fonctionnement de ces cellules, puis nous reviendrons sur nos travaux visant à développer des colorants applicables en cellules semitransparentes. Enfin, nous présenterons une nouvelle classe de photosensibilisateurs qui permettent d’obtenir des cellules solaires capables de changer de couleur et d’auto-ajuster simultanément leur transparence et leur production d’énergie en fonction des conditions d’ensoleillement.
Contact : Renaud Demadrille (Irig-Symmes)
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Numéro 70 : Octobre 2021
Le problème à N corps qui se cache derrière l’ordinateur quantique.
Le concept d’ordinateur quantique recouvre deux réalités très différentes. Il y a d’une part de très belles expériences de physique qui se basent sur des systèmes appartenant à la nanoélectronique quantique (supraconducteurs, semi-conducteurs), l’optique quantique ou la physique atomique. D’autre part, il y a une promesse, celle que ces systèmes puissent être décrits avec grande précision par un modèle mathématique très épuré. Ce modèle est une instance d’un problème plus général, le problème quantique à N corps, que les physiciens étudient depuis des dizaines d’années.
Dans cet article, nous verrons qu’envisager l’ordinateur quantique sous l’angle du problème quantique à N corps donne un éclairage utile pour comprendre à quoi il pourrait servir ou les difficultés liées à son élaboration.
Contact : Xavier Waintal (Irig-Pheliqs)
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Numéro 61 : Mars 2019
Le spectre de Majorana - Des quasi-particules exotiques découvertes dans des nanostructures supraconductrices pourraient servir à construire un ordinateur quantique.
Pour paraphraser Karl Marx, « un spectre hante la physique : le spectre d’Ettore Majorana ». Près de 80 ans après sa disparition, les travaux du physicien italien continuent d’inspirer les chercheurs.
Ainsi, dans son dernier article, Majorana prédit qu’une particule élémentaire dépourvue de charge électrique pourrait être sa propre antiparticule, en opposition avec la théorie de Dirac, pour laquelle une particule et son antiparticule sont distinctes. Plusieurs groupes ont récemment annoncé la découverte de quasi-particules de Majorana dans des nanostructures supraconductrices. En plus d’être leur propre antiparticule, ces quasi-particules possèdent des propriétés exotiques qui sont d’un grand intérêt pour le développement d’un ordinateur quantique.
Contacts : Manuel Houzet (Irig-Pheliqs), Julia Meyer (Irig-Pheliqs) et Pascal Simon (Orsay-LPS)
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Numéro 44-45 : Juillet-Août 2015
La microdiffraction Laue
La diffraction d’un faisceau de rayons X polychromatique, intense et microfocalisé, est employée pour réaliser des cartographies des orientations et des déformations dans des matériaux hétérogènes tels que les polycristaux ou les monocristaux présentant des défauts.
L’instrument de microscopie à rayons X présenté, ouvert aux utilisateurs extérieurs, est particulièrement adapté à la caractérisation locale des microstructures, en s’appuyant de manière non destructive sur la diffraction des rayons X, extrêmement sensible à l’ordre et à l’orientation cristallins. Cet instrument est employé dans de nombreux domaines scientifiques, aussi bien appliqués que fondamentaux.
Contacts : Jean-Sébastien Micha (Irig-Symmes) et Odile Robach (Irig-MEM)
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Numéro 34-35 : Juin 2013
Propriétés structurales de surfaces, interfaces et nanostructures, étudiées à l’aide des rayons X
La diffusion/diffraction et l’absorption des rayons X issus d’une source synchrotron sont des techniques très puissantes d’étude de la structure, de la morphologie et de la composition de surfaces, d’interfaces et de nano-objets, en particulier in situ, durant leur élaboration, ou in operando.
Nous les illustrons par l’exemple de la croissance de germanium sur des surfaces (001) de silicium monocristallin, où apparaissent successivement une couche bidimensionnelle contrainte présentant un arrangement complexe des atomes de surface, puis différentes nanostructures facettées qui relaxent progressivement leur paramètre de maille via une interdiffusion avec le substrat.
Contact : Gilles Renaud (Irig-MEM)
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Numéro 33 : Mars 2013
Les semi-conducteurs supraconducteurs du groupe IV
Associer semi-conducteurs et supraconducteurs est une idée a priori surprenante, tant les propriétés électroniques de ces deux états sont opposées. Néanmoins, le couplage entre les électrons et les modes de vibration du réseau atomique, à l’origine de la supraconductivité conventionnelle, peut être très fort dans les semi-conducteurs du groupe IV. Leur caractère semi-conducteur est dû au fait que les électrons sont impliqués dans les liaisons covalentes qui assurent la cohésion du matériau et n’interviennent pas dans la conductivité électrique.
En rendant ces liaisons covalentes conductrices, on obtient une nouvelle famille de supraconducteurs. La température critique des matériaux covalents atteint aujourd’hui 39 K dans MgB2, mais pourrait largement dépasser cette valeur dans certains composés carbonés.
Contacts : Thierry Klein (Institut Néel), Xavier Blase (Irig-MEM), Christophe Marcenat (Irig-Pheliqs), Claude Chapelier (Irig-Pheliqs) et Étienne Bustarret (Institut Néel)
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Dossier Spintronique : Mars 2012
Reflets de la physique publie un « dossier spintronique »...
Cela faisait un certain temps que nous voulions publier dans Reflets de la physique un dossier sur l’électronique de spin, ce nouveau champ de recherche appelé maintenant « spintronique ». Ce dossier répondait à une demande du Bureau de la Société Française de Physique, suite au prix Nobel attribué en 2007 à Albert Fert (et Peter Grünberg), mais aussi à celle de nombreux lecteurs de notre revue.
C’est grâce au soutien actif de la division de la matière condensée, et en particulier à Olivier Fruchart, rédacteur en chef invité, que ce dossier a pris forme en 2009. Le sujet de la spintronique est exemplaire, en ce qu’il montre comment des progrès considérables en élaboration des matériaux, en instrumentation avancée et en simulation ab initio, ont abouti tout à la fois à un renouveau de la physique du magnétisme et à des applications nombreuses (têtes de lecture d’enregistrement magnétique, capteurs, stockage de l’information...), ouvrant un marché important.
Les articles de ce dossier ont été publiés en 2009 et 2010 dans les numéros 15 à 18 de Reflets de la physique. Nous avons souhaité les réunir ici en un document unique. Après une introduction d’Olivier Fruchart, le dossier comprend deux parties. La première partie, « Les avancées fondamentales », décrit les débuts de la spintronique (Albert Fert), les découvertes récentes (Bernard Dieny) et les nouveaux matériaux (Agnès Barthélémy, Joël Cibert et Martin Bowen). La seconde partie, sur « Les applications », introduite par Bernard Dieny, traite des capteurs (Claude Fermon et Myriam Pannetier-Lecœur) et de l’enregistrement magnétique (Jean-Pierre Nozières).
Olivier Fruchart (Irig-Spintec) Rédacteur en chef invité du « dossier spintronique »
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Numéro 20 : Juillet-Août 2010
Existe-t-il des métaux à deux dimensions ?
Les propriétés de conduction des systèmes bidimensionnels d’électrons que l’on trouve par exemple dans les transistors de nos ordinateurs, font depuis plus de quinze ans l’objet d’un débat qui divise les physiciens de la matière condensée. Alors que l’on pensait qu’en dimension deux il ne pouvait exister que des isolants à cause du désordre inévitable dans les échantillons, des expériences, menées depuis 1994 dans des transistors de nouvelle génération, ont montré d’étranges comportements métalliques. Par une approche numérique, nous montrons que les inter actions coulombiennes entre électrons, considérables dans ces nouveaux échantillons, sont à l’origine de ces obser vations expérimentales.
Contacts : Geneviève Fleury (Université de Genève) et Xavier Waintal (Irig-Pheliqs)
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Numéro 18 : Mars 2010
Développements applicatifs de l’électronique de
spin
L’électronique de spin connaît depuis une vingtaine d’années un essor considérable, car une grande synergie est très vite apparue entre recherche fondamentale et développements applicatifs dans plusieurs domaines. Nous présentons ici une vue d’ensemble de ces applications actuelles et envisagées, dont certaines sont décrites plus en détail dans les articles de C. Fermon et M. Pannetier-Lecœur sur les capteurs magnétiques, et de J.P. Nozières sur les têtes de lecture et les mémoires magnétiques.
Contact : Bernard Dieny (Irig-Spintec)
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Numéro 16 : Octobre 2009
L'électronique de spin - Un renouveau de la science et de la technologie du magnétisme e
Le magnétisme est parfois considéré comme une science un peu poussiéreuse, fondée sur l’électromagnétisme au XIXe siècle pour les aspects macroscopiques, et définitivement cernée au milieu du XXe siècle par la méca- nique quantique et la physique de la matière condensée, pour la partie microscopique. Pour qui croyait en ces clichés, le renouveau du magnétisme durant les dernières décennies a pu surprendre. Parmi les avancées majeures figurent les aimants permanents de haute performance, et l’électronique de spin. Les aimants permanents de haute performance dérivent de la découverte de composés d’éléments 3d (apportant le magnétisme à température ambiante) et de terres rares (source de la forte anisotropie magnétique) : Nd2Fe14B, SmCo5, etc. Ils ont permis une (r)évolution industrielle majeure pour la miniaturisation et le gain de puissance des dispositifs électromécaniques (moteurs et actionneurs). La seconde avancée, l’électronique de spin (ou « spintronique »), couple les aspects de transport électronique concernant la charge de l’électron et les champs électriques, et le magnétisme concernant le spin de l’électron et les champs magnétiques. Son émergence a suscité un engouement majeur car, outre la nouvelle physique fondamentale à défricher, elle laissait entrevoir des applications combinant directement le stockage de l’information (le caractère rémanent des mémoires magnétiques) et son traitement (l’électronique, basée sur les charges électriques).
Contact : Olivier Fruchart (Irig-Spintec)
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Faits marquants en spintronique depuis la découverte de la magnétorésistance géante
La découverte de la magnéto-résistance géante (GMR) par Albert Fert et Peter Grünberg est considérée comme fondatrice de l’électronique de spin. Celle-ci réalise un mariage entre l’électronique et le magnétisme. Cette discipline a maintenant une vingtaine d’années. Depuis 1988, son essor a été stimulé par une série de découvertes marquantes relatées dans cet article : magnétorésistance tunnel (TMR), transfert de spin, dispositifs hybrides magnétiques/ semi-conducteurs.
Ces découvertes ont permis divers développements applicatifs dans les domaines des mémoires non volatiles (MRAM), des composants pour la logique, des composants radiofréquences pour les télécommunications, et des capteurs de champs magnétiques hypersensibles.
Contact : Bernard Dieny (Irig-Spintec)
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