Accueil > Français > Actualité > Archives

Fête de la science, le vendredi 13 octobre 2006



Fête de la science,
le vendredi 13 octobre 2006

Visite des Scolaires, au
Laboratoire de Physique des Solides

 

Voyage dans le nanomonde

Le laboratoire de Physique des Solides d’Orsay héberge de nombreuses équipes de recherche expérimentales ou théoriques, qui s’attachent à comprendre les propriétés de la matière condensée dans tous ses états. Il peut s’agir de matière solide ou molle, cristalline ou désordonnée. Parmi les systèmes "durs", on peut citer les métaux synthétiques, les oxydes supraconducteurs, les surfaces et les nanostructures (comme les nanotubes de carbone), les quasicristaux, les poudres, etc. Parmi les systèmes "mous", on compte les cristaux liquides, les polymères, les mousses, ou les molécules biologiques (notamment l’ADN). Tous ces matériaux peuvent trouver une application technologique, en tirant profit de l’une ou l’autre de leurs propriétés (optiques, électriques, magnétiques, thermiques, etc.). Dans notre vie de tous les jours, il arrive bien souvent que l’on rencontre des dispositifs techniques qui ont pu voir le jour grâce à des découvertes récentes réalisées dans les laboratoires de recherche.

 

TMTSF
Un métal synthétique
Resonateur
Un résonateur
Cristal liquide
Un cristal liquide

 

Principe de la visite

 

Lors de la visite des scolaires du vendredi, l’accent sera mis sur les méthodes d’observation de différents matériaux au moyen de plusieurs sortes de microscopes, qui permettent de sonder les matériaux jusqu’aux échelles atomiques. D’autres visites permettront d’aborder d’autres aspects de la matière, à l’aide d’expériences concrètes concernant des cristaux, des nanotubes de carbones ou des cristaux liquides, des métaux synthétiques ou des polymères, sous forme d’échantillons massifs ou à l’état de petits agrégats de quelques atomes, de surfaces ou de nanostructures (des arrangements de matière organisées à des échelles de longueur dans la gamme du nanomètre, c’est-à-dire un milliardième de mètre). Les nanostructures artificielles ou naturelles sont d’une grande importance technologique, notamment dans la perspective du développement des dispositifs microélectroniques, toujours plus miniaturisés.

 

Parmi les propriétés physiques montrées au cours des expériences, citons :

 

  • le magnétisme, une propriété fondamentale dont les applications sont innombrables, des petits aimants de nos portes de placard, aux champs magnétiques très intenses qui permettent de former des images du corps humain dans les hôpitaux (l’imagerie par résonance magnétique), en passant par les disques durs des ordinateurs ;
a) Images de microscopie à force magnétique, montrant un réseau de plots carrés magnétiques en Permalloy (gris foncé), espacés de zones non magnétiques (substrat, gris clair). b) Représentation schématique de l’aimantation correspondante. Les images sont une illustration vivante de la perturbation de l’objet par la pointe.

 

  • la supraconductivité, un phénomène spectaculaire qui correspond à la circulation du courant électrique sans aucune perte dans certains matériaux ; il s’accompagne de propriétés magnétiques tout aussi spectaculaires, qui peuvent être appliquée à la lévitation magnétique (trains à grande vitesse) ;

Levitation

Lévitation d’un aimant cubique au-dessus d’un supraconducteur (à basse température).

 

  • les basses températures, qui permettent d’atteindre des états de la matière dans lesquels les atomes sont presque immobiles (et qui permettent à certains phénomènes de se produire, comme la supraconductivité) ;

 

Les expériences proposées

  • Lévitation et magnétisme (Supraconducteurs),
  • Conduction électrique (Nanotubes de carbones),
  • Imagerie magnéto-optique (Nanostructures magnétiques),
  • Conduction électrique (Métaux synthétiques),
  • Microscopie électronique (Nanotubes de carbone)
  • Microscopie électronique (Objets biologiques)
  • Microscopie tunnel (Nanostructures magnétiques, visualisation des atomes),
  • Microscopie optique (Cristaux liquides)

 

Caroussel

Un microscope à effet tunnel rend possible l’observation des atomes d’une surface un par un. On voit ici un carrousel de stockage des échantillons, sous ultravide (10-13 atmosphère). La feuille jaune en bas à droite est une surface d’or cristallin. Certaines facettes d’un cristal d’or s’organisent spontanément sous l’action d’un traitement sous vide à haute température.

 

Les nanotubes de carbone ont été découverts il y a une dizaine d’années. Ils pourraient bien trouver des applications très prochainement, de par leurs propriétés très remarquables de tenue mécanique et de transport du courant électrique. On montrera comment visualiser des nanotubes avec une résolution de l’ordre du nanomètre (un milliardième de mètre), à l’aide d’un microscope électronique en transmission.

 

Déroulement de la visite

 

Chaque classe sera divisée en trois groupes d’une douzaine d’élèves. Chaque groupe verra trois expériences. Chaque présentation durera 20 minutes, plus 5 minutes pour poser des questions aux chercheurs (les questions sont bienvenues !). Le séjour de la classe au laboratoire durera en tout 1h30.

 

Nous proposons trois créneaux horaires :
11h00-12h30
14h00-15h30
16h00-16h30

Les visites sont en principe prévues pour une seule classe à la fois. En fonction de la demande, nous pourrions éventuellement doubler l’un ou l’autre de ces créneaux...

 

Le laboratoire compte environ 100 chercheurs et enseignants-chercheurs, 60 ingénieurs, techniciens et administratifs, 40 étudiants doctorants, et 50 visiteurs et stagiaires.

 

Pour en savoir plus