Archive dans 15 février 2024

Ten years of research & innovation in two-dimensional materials-based spintronics: highlights & future

Par dans Séminaire

 

Stephan Roche

ICN2 and BIST, Barcelona, Spain

This talk will review more than a decade of intense efforts to explore the potential of graphene and two-dimensional materials for spintronic applications. Along the way, plentiful of unique properties have emerged making topological materials an enabling platform for innovation in advanced electronics, spintronics or quantum technologies. We will overview the milestones and highlight the unprecedented properties which have been revealed to date and point out current challenges and opportunities for harnessing quantum matter to design novel quantum technologies.

 

C12 Quantum Electronics: Leading the next materials leap in quantum computing

Par dans Séminaire

Alice Castan

C12 Quantum Electronics

C12 Quantum Electronics is a spinoff of the Physics Laboratory of the Ecole Normale Supérieure (LPENS) in Paris, France. The company was founded in the beginning of 2020 with the ambitious goal to build a carbon nanotube (CNT)-based quantum processor. From a team of a few scientists at its earliest stage, C12 grew – after securing a $10M seed round in 2021 – into a multiteam organization with over 30 employees. The technology developed at C12 is based on over a decade of research led by CNRS research director Takis Kontos at the LPENS on the use of CNTs in hybrid quantum circuits.

An ultra-clean CNT is directly transferred onto a microchip, where it is suspended over a series of gate electrodes that allow the formation of a double quantum dot (DQD) in which a single electron can be trapped. The spin of the electron is then addressed through coupling to a superconducting microwave circuit. The unique possibility of selectively embedding the CNT or removing it from the microchip at the end of the chip fabrication process provides an opportunity to preselect the qubits integrated in our processor, which is absent from other spin qubit-based quantum computing technologies.

This seminar will give an overview of C12 as well as a presentation of the technology developed in its Paris-based laboratory. Focusing on the core material that makes this technology uniquely promising, we will show how the atomic structure, cleanliness, and isotopic purity of the CNTs acting as the spin qubit hosts influence the performance of the device and how measuring and controlling these parameters can help achieve record fidelity and scalability.

Ségrégation au sein de nanoparticules bi-métalliques à l’échelle atomique au travers d’une double approche théorique et expérimentale

Par dans Soutenance de Thèse

Résumé

L’analyse des nanoparticules (NPs) à l’échelle nanométrique pour des applications en conditions réelles reste un challenge considérable à l’heure actuelle. Dans ce contexte, l’utilisation de NPs bi-métalliques est fortement envisagée dans le domaine de la catalyse avec pour fonction de favoriser et d’accélérer la cinétique de réactions chimiques de surface. Il est alors fondamental de décrire finement la structure ainsi que la composition chimique des surfaces qui sont en interaction directe avec le milieu environnant dans lequel les NPs sont plongées. Au cours de cette thèse, nous avons mis au point une double approche théorique et expérimentale à l’échelle atomique dans le but d’étudier deux types d’alliages en particulier : Or-Cuivre (Aux-Cu1-x) et Nickel-Aluminium (Nix-Al1-x).
Au travers d’une synthèse de NPs Aux-Cu1-x octaédriques facettées de 5 nm par voie laser et d’observations en microscopie électronique corrigée des aberrations en mode sonde, nous avons développé une méthode d’analyse de la composition chimique de chaque plan atomique. En procédant ainsi, nous avons mis en évidence un fort effet de ségrégation de l’or en surface ainsi que des profils de concentration au sein des NPs différents selon l’ordre chimique (ordonné ou désordonné). Dans le cas d’une composition Au0.5Cu0.5 ordonnée de phase L10, nous avons caractérisé une structure rarement observée jusqu’ici et correspondant à la présence des trois variants possibles de la phase L10 au sein d’une même particule. En parallèle, des simulations à l’échelle atomique ont permis des analyses plus précises en considérant des empilements de plans infinis ainsi que des NPs de différentes tailles et compositions.
L’excellente adéquation entre les simulations et les analyses expérimentales renforce la pertinence de nos résultats et démontre l’importance de cette double approche que nous avons par la suite appliquée à l’étude des propriétés de surface de NPs de type Nix-Al1-x. Dans un premier temps, nous sommes parvenus à optimiser les paramètres de synthèse pour obtenir des NPs à tailles et compositions définies. Les analyses expérimentales des surfaces couplées à des simulations atomistiques nous ont permis d’observer un phénomène jusqu’alors inédit. En effet, une ségrégation quasi complète de l’aluminium apparait jusqu’à la formation de NPs adoptant une structure coeur (Nickel) – coquille (Aluminium), pour toutes les concentrations étudiées empêchant ainsi toute formation d’alliages. Ceci est d’autant plus surprenant, qu’à l’état massif et pour une composition de 50% de nickel et 50% d’aluminium, la phase ordonnée B2, connue pour sa stabilité et sa résistance à la corrosion, apparaît. Ces différences structurales flagrantes entre l’échelle nanométrique et macroscopique montrent là encore la physique si unique qui existe dans le monde de l’infiniment petit.

Candidat :
Grégoire Breyton

Jury :

Dr. Christine Goyhenex – IPCMS – Rapporteur
Pr. Claude Henry – CINaM – Rapporteur
Dr. Pascale Bayle – CEA/Grenoble – Examinatrice
Dr. Geoffroy Prévot – INSP – Examinateur
Dr. Hakim Amara – LEM – Co-Directeur de thèse
Pr. Christian Ricolleau – MPQ – Directeur de thèse

Vendredi 15 décembre 2023 à 13h00
Amphithéâtre Pierre-Gilles de Gennes, Université Paris Cité, Paris

Impact du chargement mécanique sur la déformation et les propriétés électroniques des nanoparticules métalliques

Par dans Soutenance de Thèse

Résumé

Les nanoparticules métalliques (NP) possèdent des propriétés uniques, distinctes des matériaux massifs, offrant ainsi des applications potentielles dans divers domaines tels que la mécanique, la catalyse ou encore l’optique. Dans ce contexte, cette thèse étudie comment les propriétés mécaniques des NP, influencées par la forme, la taille et la composition, affectent leurs propriétés électroniques. En couplant des calculs de type dynamique moléculaire et des simulations par éléments finis, nous démontrons l’effet significatif de la forme sur la réponse élastique effective. Nos résultats soulignent que la plasticité est contrôlée à la fois par la forme et la taille, avec un effet de taille universel pour les NP cristallines cubiques à faces centrées. Dans le cas de NPs d’alliages, des mécanismes de renforcement et d’adoucissement sont observés, indiquant l’influence de l’ordre local sur l’élasticité et la plasticité. Enfin, grâce à un modèle reposant sur un formalisme de type liaisons fortes et des calculs ab initio, nous révélons que la déformation plastique crée de nouveaux sites réactifs à la surface des NP.

Candidat :
Matteo Erbi’

Jury :
Pr. Riccardo Ferrando – Université de Gênes (Italie)- Rapporteur
Dr. Julien Godet – Université de Poitiers – Rapporteur
Pr. Francesco Montalenti – Université de Milan-Bicocca (Italie) – Examinateur
Dr. Christine Mottet – CINaM – Examinatrice
Dr. Fabio Pietrucci – Sorbonne Université – Examinateur
Dr. Barbaru Putz- Empa (Suisse) – Examinatrice
Dr. Riccardo Gatti – LEM – Co-Directeur de thèse
Dr. Hakim Amara – LEM – Directeur de thèse

Vendredi 24 novembre 2023 à 14h00
Salle Contensou, ONERA, 29 Avenue de la Division Leclerc,92320, Chatillôn

Impact de la nanostructure sur la conductivité thermique des nano-composite amorphe/cristallin

Par dans Séminaire

Paul Desmarchelier

Johns Hopkins University, Baltimore, Etats-Unis

La manipulation des propriétés thermiques de semi-conducteurs peut profiter à de nombreuses applications. En particulier, les performances du management thermique et de la génération thermoélectrique pourraient être améliorées grâce à une plus grande maitrise de la conductivité thermique des matériaux. Une telle maîtrise est possible via une nanostructuration influençant les propriétés phononiques. Dans ce cadre, ce séminaire va présenter plusieurs études de nano-structures amorphe/cristalline de silicium. Dans les matériaux amorphes, du fait du désordre, la contribution vibratoire à la conductivité thermique est différente de celle des cristaux et il est possible de distinguer la contribution propagative ou balistique de la contribution dite diffusive. Ces différentes contributions peuvent être étudiées individuellement grâce à une approche paquet d’ondes sur des modèles de dynamique moléculaire. Dans le cadre d’une première étude, cette catégorisation est appliquée pour étudier des nanocomposite composés d’inclusions cristallines dans une matrice amorphe. On y montre notamment que s’il est possible de manipuler la contribution propagative via la géométrie et l’interconnexion des inclusions, la contribution diffusive est plus difficile à maitriser. Dans un second temps, l’influence d’une couche externe amorphe sur un nanofil cristallin est étudiée en croisant une approche dynamique moléculaire et une approche milieux continus. Il apparait que l’ajout de la couche externe modifie peu le flux à l’interface amorphe cristalline, mais influence le flux de chaleur au centre du nanofil.

 

How accurately can we simulate and understand the transformation mechanisms of matter ?

Par dans Séminaire
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Fabio Pietrucci, Sorbonne Université, IMPMC, Paris

fabio.pietrucci@sorbonne-universite.fr

Molecular dynamics simulations can complement experiments by providing detailed, atomic- scale information about transition mechanisms between different states of materials, including nanostructures, solids, solutions, biomolecules etc. If interatomic forces are accurately described, in principle, transition states (difficult to capture in experiments due to their short lifetime) can be identified, barriers and rates can be quantitatively estimated. This kind of information can be useful to characterize the behavior of materials in real conditions of temperature and pressure, and to make sense of synthesis or degradation processes.

However, a major hurdle consists in the long characteristic timescale of many transformation processes, exceeding by far what can be simulated today (typically, from nanoseconds to microseconds). I will present some methods developed in my group, that tackle the latter challenge exploiting two strategies. The first consists in applying external forces on some flexible order parameters, specifically designed to capture and accelerate changes in the topology of the atomic network during a transformation. The second consists in directly exploring transition states and mechanisms using « transition path sampling » techniques: the resulting trajectories, projected on an order parameter, can be effectively modeled by Langevin equations, that in turn allow (based on a recently demonstrated variational principle) to optimize in a unified way the order parameter definition, the free-energy landscape and the kinetic rate. I will discuss applications to problems ranging from structural changes in core-shell nanoparticles, to crystal nucleation, to protein-protein interaction.

References

F. Pietrucci, Rev. Phys. 2, 32 (2017).
S. Pipolo, M. Salanne, G. Ferlat, S. Klotz, A.M. Saitta, F. Pietrucci, Phys. Rev. Lett. 119, 245701 (2017). L. Mouaffac, K. Palacio-Rodriguez, F. Pietrucci, J. Chem. Theory Comput. 19, 5701 (2023).

Cristallographie des bicouches homophases désorientées par rotation-translation

Par dans Séminaire

Fabio Pietrucci, Sorbonne Université, IMPMC, Paris

fabio.pietrucci@sorbonne-universite.fr

On se propose de discuter la symétrie résultant de la superposition de deux couches monoatomiques cristallines identiques désorientées l’une par rapport à l’autre d’une rotation-translation (α|τ).
Un réseau de coïncidence apparaît —défini par le groupe intersection des groupes de translation des réseaux des monocouches— pour un ensemble dense dénombrable de valeurs de la rotation α, qu’on discutera en toute généralité pour les quatre types de réseaux bidimensionnels, oblique, rectangle, carré et hexagonal. Ces valeurs singulières d’angle α associées aux normes σ des vecteurs unitaires du réseau de coïncidence se répartissent dans le plan (α, σ) selon des branches indexées par des suites de Farey et dont on discutera les propriétés.
Pour une rotation donnée, les symétries spatiales de ces bicouches se répartissent en un
petit nombre seulement de groupes selon la valeur de la translation τ. Ainsi les bicouches de
graphène à réseau de coïncidence ne peuvent présenter que 6 types de groupes d’espace quelles que soient la rotation a de coïncidence et la translation τ.
Dans le cas générique d’absence de réseau de coïncidence, la bicouche présente une
symétrie quasipériodique de rang 4 au plus qu’on peut décrire par une méthode de coupe à partir d’un espace de dimension 4. On montrera l’importance fondamentale du réseau-0 (0-lattice) pour décrire les symétries des figures de moiré de ces édifices.

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