Physico-chimie et mécanique de surfaces d'oxydes: de l'applique vers le fondamental

L'Unité Mixte CNRS/Saint-Gobain dÕAubervilliers développe des actions de recherche fondamentale à partir de problèmes appliqués rencontrés dans les procédés mis en Ïuvre industriellement par le groupe Saint-Gobain. En particulier, la surface du verre est l'objet de toutes les attentions, de nombreux procédés ayant pour but de la préserver des agressions, ou de la fonctionnaliser par le dépôt de couches de nature et d'épaisseur variées. Nous nous intéressons donc à l'impact de la physico-chimie de surface sur le couplage mécanique de la surface avec le monde extérieur. Je présenterai quelques exemples d'études en cours parmi les suivants : - Oxydes à hydrophilie induite par UV (Application: vitrage auto-nettoyant) - Tensioactifs adoucissants : interaction et friction (Application: fabrication de fibres de renforcement) - Propriétés mécaniques de films minces (Application: vitrages anti-solaires ou bas-émissif). - Déformation plastique du verre (Application: verre anti-rayure)

De l'individuel au collectif : sciences physiques vs. sciences sociales

L'objet de ce sminaire est de montrer sur des exemples comment la physique statistique peut s'immiscer dans les sciences economiques et sociales. Les exemples choisis concerneront l'existence d'equilibres multiples et de transitions de phases dus à l'heterogeneité des preferences des individus et aux interactions sociales. Dans une premiere partie j'evoquerai les travaux de Thomas C. Schelling, economiste, sociologue et politologue, pionnier dans l'analyse et la modelisation de tels phenomenes. Dans une seconde partie je discuterai de proprietes generiques de situations de choix sous influence sociale, avec pour illustration l'existence d'une transition de phase concernant la strategie optimale d'un vendeur confronte au dilemme : doit-il vendre à prixélevé à une minorité ou à prix bas au plus grand nombre ?

Fusion des surfaces cristallines "facette par facette"

En guise d'introduction, nous évoquerons l'étonnante diversité des formes des cristaux de neige remarquée déjà par Descartes et l'idée de Faraday sur la fusion de la surface de la glace. Les expériences plus modernes montrent que cette fusion est anisotrope. Ainsi, l'idée de Faraday explique en partie les observations de Descartes. La fusion anisotrope se produit aussi sur les surfaces des cristaux métalliques. Elle a été d'abord mise en évidence par Jeschkowski et Menzel [1] qui ont Žtudié l'incandescence des cristaux de cuivre. Ensuite, Heyraud, Métois et Bermond [2] ont confirmé qu'une couche macroscopique de métal fondu couvre les surfaces rugueuses tandis que les facettes restent Ç sèches È. Une explication théorique de cette fusion anisotrope a été proposé par Nozières [3]. Nous avons trouvé que le phénomène de la fusion anisotrope a lieu aussi aux interfaces cubique/isotrope dans les systèmes lyotropes. Ici, il est visible directement, par transparence, au microscope optique. Dans le cas de l'interface Pn3m/L1, à facettage pauvre (photo ci-dessous), il ressemble à la fusion des cristaux du plomb [4]. Le cas de l'interface Ia3d/vapeur est encore plus intéressant car le facettage y est riche Ç en escalier du diable È et la fusion anisotrope y est progressive : facette par facette [5].
[1] U. Jeschkowski and E. Menzel, Surf. Sc. 15 (1968) 333
[2] J. Heyraud, J. Métois and J. Bermond, J. of Cryst. Growth 98 (1989) 355,
[3] P. Nozè�res, J. de Phys. 50 (1989) 2541
[4] T. Plötzing, stage de magistère, Orsay 2003
[5] J. Grenier, stage d'été d'INSA, Orsay 2004

Philippe Bourges
LLB, CEA Saclay

Diffusion inélastique de neutrons dans les supraconducteurs à haute température critique

Dans plusieurs types d'oxydes (cuprates, nickelates, manganites, ruthénates, cobaltates...), des diagrammes de phases riches et complexes sont obtenus lorsqu'on varie la composition. Cette observation apparait comme la conséquence d'interactions en compétition, conduisant à des états fondamentaux distincts, tels par exemple un état supraconducteur, un état magnétique ordonné, un ordre de charges, voire un ordre orbitalaire. La diffusion élastique et inélastique de neutrons permet de tester et de pondérer directement les corélations statiques et les fluctuations magnétiques dans ces systèmes à électrons fortement corrélés. En particulier, dans les cuprates supraconducteurs à haute température critique, la diffusion inélastique de neutrons montre l'existence de fortes fluctuations magnétiques sur l'ensemble du diagramme de phase. Tant dans l'état supraconducteur que dans l'état normal, ces corrélations magnétiques dynamiques ont un comportement riche et varié en fonction du dopage et de la température. Ainsi, dans l'état supraconducteur, plusieurs techniques expérimentales -- notamment les neutrons -- mettent-elles en évidence l'existence d'une excitation collective qui pourrait constituer la signature d'un mécanisme magnétique à la base de l'appariement. Une revue des résultats récents de diffusion inélastique de neutrons sera présentée et nous montrerons que ceux-ci nous permettent de dégager des arguments en faveur dÕun scénario magnétique de la supraconductivité à haute température critique.

PG de Gennes
Collège de France, Paris

La Nature des objets de mémoire

P.-G. de Gennes est atteint d'une maladie classique des physiciens âgés : prétendre étudier le cerveau. Les précédents (Crick, Josephson, É) sont peu encourageants, mais certains cas ont été favorables (L. Cooper). Dans le cas présent, de Gennes s'intéresse au nombre de neurones, M, qui est requis pour stocker un souvenir simple (une odeur), dans un système qui n'est pas précâblé. Sa conclusion (surprenante) est que M doit atre très petit.

G Bastard
Laboratoire Pierre Aigrain ENS, Paris

Décohérence et relaxation des états électroniques dans les boîtes quantiques de semiconducteurs

Les boîtes quantiques de semiconducteurs présentent des états liés ˆ 1 particule (1 électron, 1 trou) ou 2 particules (1 paire électron Ð trou) qui font beaucoup rêver les physiciens désireux de réaliser des dispositifs manipulant optiquement de l'information quantique. Nous discuterons de ces états liés mais aussi des très sévères limitations que la nature de phase condensée de ces nano Ð objets impose sur le temps de cohérence des paires électron Ð trou. Il semble se dessiner que la notion d'excitations de type électronique (i.e. faiblement couplées aux vibrations) soit caduque dans des nano Ð objets semiconducteur, en raison même de la discrétisation du spectre électronique de basse énergie.

Laura Greene
University of Illinois
at Urbana-Champaign

High Temperature Superconductors: From Broken Symmetries to Cell Phones

Studies of symmetries and the consequences of breaking them have lead to deeper understanding in many areas of science. The high-temperature superconductors, discovered in 1986, motivated an unprecedented world-wide flurry of research: Not only because applications are promising, but because they also represent a new state of matter that breaks certain fundamental symmetries. After providing a general background on broken symmetries and superconductivity, we show how planar tunneling spectroscopy can detect broken gauge (superconductivity), reflection (d-wave superconducting order parameter) and time-reversal (ferromagnetism) symmetries.

Dynamique d'une interface dans un milieu faiblement désordonné

De nombreux systèmes physiques relèvent d'une problématique commune. C'est le cas de la dynamique de systèmes élastiques ou plastiques désordonnés. Des questions se posent, aussi bien pour les réseaux de vortex dans les supraconducteurs, que pour le mouillage d'un liquide sur une surface, l'invasion d'un fluide dans un milieu poreux, les ondes de densité de charge, mais aussi des parois de domaines. Des lois universelles sont attendues si le désordre est suffisamment faible. Du point de vue dynamique : quel est le comportement d'une interface en présence d'une force appliquée, peut-on caractériser l'enchaînement des positions d'équilibre métastables de l'interface, quel est le rôle des défauts, s'agit-il d'accrochage collectif ou individuel ? Autant de questions que nous avons essayé de traiter expérimentalement sur le système modèle constitué par une paroi de domaine magnétique se déplaçantà très faible champ dans une couche magnétique ultramince de Co (0.5 nm), à anisotropie perpendiculaire (système 2D Ising). La force de piégeage peut être contrôlée par irradiation de la couche pas des ions He, à faible fluence. La dynamique est suivie sur plus de dix décades de vitesse à l'aide d'une technique de microscopie magnéto-optique.

Utilisation des très basses températures pour l'astrophysique

Utilisation des très basses températures pour l'astrophysique" L'expérience Archeops a, pour la première fois, embarqué un cryostat à dilution dans un ballon stratosphérique, permettant une grande amélioration de la sensibilité des détecteurs. Elle sera suivie par le lancement du satellite Planck de l'agence spatiale Européenne qui utilisera les mêmes détecteurs refroidis à une température de 100 mK. Après avoir discuté les limitations théoriques de la sensibilité des bolomètres utilisés pour la détection du rayonnement millimétrique, je présenterai l'ensemble de l'expérience Archeops. Je montrerai ensuite les résultats pour la cosmologie et l'étude de notre Galaxie en comparant ces résultats avec les expériences passées et à venir. Enfin, j'évoquerai les développements de matrices de détecteurs en cours permettant de gagner, grâce aux techniques de lithographie, plus d'un ordre de grandeur sur la sensibilité des expériences d'Astrophysique

Albert FERT
Thomson LCR, Orsay

Electronique de spin : développements récents et perspectives

L'influence du spin sur la mobilité des électrons dans des conducteurs ferromagnétiques, base de la spintronique, a d'abord été exploitée dans les phénomènes de magnétorésistance géante (GMR) et magnétorésistance tunnel (TMR). Je parlerai des nouvelles directions de recherche en spintronique aujourd'hui et, en particulier de :
1) Renversement d'aimantation sans application de champ magnétique mais seulement par " transfusion " de spins transportés par un courant électrique. Le m�me mécanisme de " spin transfer " est aussi intéressant pour générer des oscillations hyperfréquence.
2) Spintronique avec semiconducteurs.

Measurements of Gravity-like Forces at sub-100 microns distances
Until recently, it was believed that the influence of quantum effects on gravitation would be impossible to verify experimentally, due to the impossibly short distance scale over which they are known to be important. However, recent theoretical developments suggest that new, dramatic effects may be discovered in experiments; in particular the violation of the gravitational inverse square law at length scales below 1 mm. We will describe a set of experiments that involve the utilization of micro-cantilevers as force sensors to measure gravity-like forces at length scales between 15 and 100 microns (J. Chiaverini, S.J. Smullin, A.A. Geraci, D.M. Weld, A. Kapitulnik, Phys. Rev. Lett. 90,151301 (2003). In all schemes an alternating mass scheme is designed to excite a test mass which is placed on a sensitive cantilever with force resolution exceeding 10-18 N. We will discuss the current limits of our experiments and their future extensions.

Didier CHATENAY

Laboratoire de Dynamique des Fluides Complexes Université de Strasbourg

Vésicules : pores et tubes

Les vésicules à l'équilibre ont des fluctuations géantes et ressemblent à des " bulles dégonflées ". Mises sous tension, elles deviennent sphériques et des pores s'ouvrent et se referment ! La dynamique de ces pores transitoires permet de caractériser les propriétés mécaniques de la membrane, et en particulier les tensions de ligne. On décrira le rôle de tensioactifs " agents de ligne " sur la durée de vie des pores, et la fusion membranaire. On décrira ensuite l'extrusion de tubes lipidiques. La vésicule attachée à une bille micrométrique est soumise à un écoulement. Au-delà d'un seuil de vitesse, on observe une transition globule-tube. On a étudié la dynamique d'extrusion et la relaxation des tubes. On décrira la fonction des tubes dans nos cellules et le transport des protéines par effet Marangoni ainsi que les applications en nanofluidique.

Two-Level Tunneling Systems in Metals

In a perfect crystalline insulating solid every atom knows its place; hence the only low energy excitations are long wavelength phonons. In disordered solids, in contrast, there are many different atomic configurations that are close in energy and in configuration space. Atoms can tunnel coherently between these local minima of the potential energy surface, giving rise to a new set of low-energy excitations called two-level systems (TLS). These TLS dominate the low-temperature thermal and dielectric properties of insulating glasses. The picture is more complicated in disordered metals, where the conduction electrons couple strongly to the TLS. On the one hand, slow TLS give rise to time-dependent fluctuations in the electrical resistance known as Ò1/fÓ noise. On the other hand, the electrons act as a source of dissipation, which destroys the coherent TLS dynamics and leads to a counter-intuitive temperature dependence of the incoherent tunneling rates. I will discuss experiments that demonstrate both of these phenomena. If time permits, I will show some experiments by other groups that may signal an unusual coupling between fast TLS and conduction electrons.

Comment la masse vint aux neutrinos

Les neutrinos sont abondamment produits dans l'Univers et sur la Terre, depuis le big bang jusqu'à nos jours, dans les réactions nucléaires au coeur des étoiles comme le Soleil, dans les explosions de supernovae, dans l'interaction des rayons cosmiques dans l'atmosphère de la Terre, dans les centrales nucléaires ou auprès des accélérateurs, .... Ils n'interagissent que par interaction faible et sont très difficiles à capturer. Il en existe trois familles, associées aux trois leptons (electron, muon et tau). Jusqu'à récemment on ignorait s'ils avaient une masse et les implications de cette masse sont fondamentales non seulement pour la physique des particules, mais aussi pour la cosmologie par sa contribution possible à la matiere noire de l'Univers. Plusieurs expériences, en particulier au Japon et au Canada, ont récemment mis en évidence que les neutrinos "oscillaient", c'est-à-dire se transformaient d'une famille dans une autre avec une loi périodique. Cette oscillation donne accès à la détermination de leur masse, beaucoup plus faible que celle des autres particules. Nous ferons le point sur ces résultats importants qui récompensent trente années de recherches.

Fluides complexes confinés

Microscopie optique en champ proche de nano-objets individuels