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Nanophysique, Nanostructures et Nanomatériaux
Elaborer ou structurer des matériaux à l’échelle nanométrique permet d’aborder une physique nouvelle mais également de réaliser des dispositifs fonctionnement sur des principes originaux. Au LPEM, plusieurs axes de recherches sont développés en ce sens à partir d’approches bottom-up ou top-down.
Tout d’abord, la synthèse de nanoparticules colloïdales semi-conductrices (quantum-dots), dont les propriétés optiques sont dominées par le confinement quantique des porteurs de charge. La taille des particules (quelques nm) fixe par exemple la longueur d’onde de fluorescence. De nombreuses applications sont envisageables, notamment dans le domaine de l’imagerie médicale et biologique, à condition de maîtriser la chimie de surface. C’est l’une des spécificité du LPEM. Cette maîtrise permet également de réaliser des particules qui ne clignotent pas, ou dont la forme est contrôlable à une fraction de nm près. De nouvelles applications dans le domaine photovoltaïque sont en plein développement.
De manière équivalente, des nanoparticules métalliques (Au, Pt) sont synthétisées, mais également, et c’est une première, des nanoparticules supraconductrices (Pb). On peut ainsi étudier l’influence du confinement quantique sur les propriétés de transport électronique de ces nanoparticules, sous forme d’assemblée ou de réseaux. Des résultats importants ont été obtenus sur la suppression de l’effet Meissner dans les nanoparticules de Pb, mais également sur le comportement de type « verres de Coulomb » de réseaux de nanocristaux d’Au. De manière générale, ce sont des systèmes modèles pour étudier les transitions de phase supraconducteur-isolant ou métal-isolant.
L’approche top-down consiste à nanostructurer des couches minces pour les façonner à des échelles pertinentes pour la physique. Par exemple, des nanofils métalliques (Al, Ti ) sont réalisés pour étudier les transferts de chaleur submicroniques. En mesurant la température locale avec une précision de l’ordre de 100 nm grâce à une sonde de champ proche développée au laboratoire, on met en évidence les rôles spécifiques de la topologie du fil et du substrat sur la diffusion de la chaleur. Des études de systèmes optiques sub-longueur d’onde sont également étudiés, avec par exemple la génération et l’étude de plasmons de surface ou la fabrication de nano-antennes pour exalter le champ local.
Enfin, des systèmes nanométriques sont réalisés à partir de matériaux présentant de fortes corrélations électroniques, comme les cuprates supraconducteurs ou les manganites. Des nano-fils ou des nano-jonctions Josephson de supraconducteurs à haute Tc sont utilisés pour sonder leurs propriétés intrinsèques, mais également pour réaliser des dispositifs. La mesure des propriétés de transport de nanofils de manganites révèlent des inhomogénéités électroniques intrinsèques à des échelles submicroniques.