Catégorie 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.

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.

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.

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.

Denis Gratias et Marianne Quiquandon
CNRS-UMR 8247 IRCP, Chimie-ParisTech PSL, Paris

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.

Maxime Moreaud

IFPEN, Solaize

Depuis 2017, IFPEN est entrée pleinement dans la course à la conception accélérée de nouveaux matériaux avec des modèles créant des liens entre synthèse et propriétés effectives. Ses équipes IA et matériaux proposent de nouveaux outils de génération et de caractérisation numériques de microstructures de matériaux.  
Cette approche considère de façon réaliste la microstructure pour capter des détails morphologiques et topologiques aux échelles d’intérêts. Des modèles numériques font le lien avec des paramètres de synthèse ou de mise en forme, et estiment les propriétés texturales et d’usages. Lors de cet exposé, nous aborderons les idées générales de cette approche, des exemples de microstructures multi-échelles, et quelques récents travaux concernant les caractérisations numériques texturales comme la tortuosité et la simulation de physisorption accélérée par apprentissage profond.

Sylvain Schwartz

Laboratoire QTECH (ONERA)

Rydberg atoms are by definition atoms which have been excited to a state with a large principal quantum number, resulting in exaggerated properties such as a large atomic size, a long lifetime compared to other excited states and large matrix elements for the dipole operator. In practice, dipole-dipole interactions between Rydberg atoms are at the heart of quantum simulations, where they are used to create entangled atomic states. But the large dipole of Rydberg atoms can also result in a strong coupling with external electromagnetic fields, making these atoms good candidates to be used as very sensitive probes of electromagnetic environment in the GHz to THz range. I this talk, I will give a brief overview of the state of the art of quantum simulation and quantum metrology with Rydberg atoms, and present the ongoing project that we have in the QTech lab at ONERA about quantum metrology with cold Rydberg atoms trapped in optical potentials. Possible applications include electromagnetic intelligence, THz imaging and scientific applications such as the calibration of black-body shifts in state-of-the-art optical clocks (in collaboration with SYRTE and laboratoire Aimé Cotton).

Baptiste Bienvenu, Chu Chun Fu et Emmanuel Clouet

Université Paris-Saclay, CEA, Service de Recherches de Métallurgie Physique, 91191 Gif-sur-Yvette

A basse température, la plasticité des métaux de transition cubiques centrés (CC) s’opère par le glissement dans les plans compacts {110} des dislocations vis de vecteur de Burgers ½<111>, subissant une forte friction avec le réseau cristallin. L’objectif de ce travail est de construire des lois d’écoulement plastique à partir de l’étude à l’échelle atomique des propriétés de coeur et de la mobilité de ces dislocations vis (par calculs ab initio et de dynamique moléculaire), permettant de les relier à des propriétés mécaniques macroscopiques (limite élastique, activité des systèmes de glissement).
Dans le cadre de cette étude, une attention particulière est portée au cas du chrome (Cr), le seul de ces métaux ayant une structure proche de l’antiferromagnétisme, une onde de densité de spins, en-dessous de la température ambiante. Afin de qualifier l’influence du magnétisme sur la plasticité du Cr, des calculs ab initio à température nulle ont été couplés à des simulations Monte Carlo à température finie. Cette étude a permis de conclure à une influence marginale du magnétisme, mis à part à très basse température où le vecteur de Burgers ½<111> des dislocations génère des fautes magnétiques puisque celui-ci ne respecte pas l’ordre magnétique du Cr.
Par la suite, une étude systématique portant sur l’ensemble des sept métaux de transition CC (vanadium, niobium, tantale, chrome, molybdène, tungstène et fer) a permis de développer un critère d’écoulement reproduisant les caractéristiques expérimentales des effets dits « non-Schmid », une spécificité de ces métaux à basse température. Cependant, certains effets ne peuvent pas être décrits par ce critère, tenant uniquement compte du mouvement de dislocations isolées. C’est le cas par exemple du glissement anomal, observé dans tous les métaux CC excepté le fer, et caractérisé par le glissement de dislocations ½<111> dans des plans {110} faiblement sollicités. A partir d’observations in situ dans un microscope électronique en transmission réalisées par Daniel Caillard (CEMES-CNRS, Toulouse), couplées à des simulations atomiques, un nouveau mécanisme expliquant ce phénomène dans l’ensemble des métaux CC a été mis en évidence, basé sur la mobilité exceptionnelle de multi-jonctions. Enfin, la mobilité de dislocations ayant un vecteur de Burgers <100>, le plus souvent observées sous forme de jonctions entre dislocations ½<111> mais rarement considérées comme des systèmes de glissement possibles, a été étudiée par simulations atomiques. Il a été mis en évidence que, malgré une mobilité compétitive des dislocations vis <100> avec les conventionnelles ½<111> dans les plans {110}, les dislocations <100> se bloquent à basse température selon une orientation mixte nécessitant une contrainte très élevée pour se déplacer, expliquant ainsi leur faible activité.

Thomas Swinburne

CINaM, Marseille

Construire des modèles pour la plasticité, la thermodynamique et la cinétique des métaux est un défi car les aspects subtils de la cohésion atomique doivent être fidèlement reproduits et les prédictions nécessitent souvent une moyenne sur de grands ensembles de configuration complexes. Je discuterai de la manière dont les paysages énergétiques des systèmes atomiques peuvent être rapidement explorés à grande échelle et « coarse-grained » lorsque la dynamique est thermiquement activée, donc séparée en échelle [1,2] et comment les techniques basées sur les données, généralement utilisées pour régresser les énergies pour les modèles cohésifs modernes, peuvent être utilisés pour capturer une gamme beaucoup plus large de propriétés telles que l’entropie des défauts[3] ou les propriétés de dislocation. Lorsque la dynamique n’a pas une séparation d’échelle de temps claire, le grain grossier est beaucoup plus difficile. Je discuterai de la manière dont une approche basée sur les données peut fournir une solution, produisant des modèles de substitution efficaces qui peuvent prédire l’évolution des ensembles de nanoparticules et le rendement de microstructures complexes, offrant de nouvelles perspectives pour les approches de modélisation multi-échelles[4].

[1]  TD Swinburne and D Perez, NPJ Comp. Mat 2020, MSMSE 2022
[2]  TD Swinburne and DJ Wales JCTC 2020, 2022
[3]  C Lapointe et al. PRMat 2020
[4]  TD Swinburne, In Prep.