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DE L'AGRGAT MOLCULAIRE AU MTAL MASSIF

 

De l’agrégat moléculaire au métal massif
3 septembre 2013


Cristal , CINaM - UMR 7325 , transition de phase , nanoparticule , agrégat
Les nanoparticules de palladium contenant moins de 200 atomes se comportent comme de grosses molécules, tandis que celles qui contiennent plus de 200 atomes s’apparentent à de petits morceaux de métal massif.


Pour une nanoparticule métallique, comment s’effectue la transition entre une structure de type moléculaire, avec des niveaux d’énergie bien définis, et la structure du cristal massif, avec des bandes d’énergie continues  ? Jusqu’à présent, on savait que cette transition s’effectue pour des tailles de l’ordre de quelques centaines d’atomes, mais faute de pouvoir disposer de nanoparticules de taille bien précise à ces échelles, le passage d’un comportement à l’autre n’avait pas encore été observé. C’est maintenant chose faite grâce aux physiciens du Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille - CINaM (CNRS / Université Aix-Marseille). En faisant croître des agrégats de palladium sur un film d’alumine nanostructuré jouant le rôle d’un gabarit, ils ont obtenu des collections d’agrégats de dispersion de taille très étroite avec des tailles allant de 5 atomes à 4000 atomes (soit un diamètre de 6 nm). En utilisant comme sonde les propriétés chimiques de l’adsorption d’une molécule de monoxyde de carbone sur ces particules, les chercheurs ont observé un comportement moléculaire jusqu’à des tailles d’environ 150 atomes, puis, au-dessus de 200 atomes, le comportement devient qualitativement celui du métal massif et rejoint totalement celui des cristaux de grande taille à 4000 atomes. Ce travail publié dans la revue Nano Letters est la première expérience montrant le passage entre ces deux comportements pour le même type d’agrégats et pour une même propriété.
Pour cette expérience, les agrégats de palladium ont été synthétisés par croissance, sous ultravide, sur un film d’alumine ultramince obtenu par oxydation d’un plan cristallin bien particulier d’un monocristal de Ni3Al. Ce film présente un réseau régulier de défauts ponctuels distants de 4.1 nm sur lequel les agrégats nucléent et croissent de façon uniforme avec une distribution de taille très étroite en formant un réseau hexagonal régulier. Ce réseau est observé à l’échelle locale par microscopie par effet tunnel et à l’échelle macroscopique par des études de diffusion des rayons X aux petits angles à l’ESRF. L’énergie d’adsorption du monoxyde de carbone (CO) est obtenue à partir de la mesure du temps de séjour des molécules par une méthode d’adsorption-désorption transitoire d’impulsions de jet moléculaire de CO détectées par spectrométrie de masse. La courbe de l’énergie d’adsorption du CO en fonction de la taille des agrégats montre deux régimes. Pour les très petites tailles jusqu’à environ 150/200 atomes, l’énergie d’adsorption varie de façon discontinue avec le nombre d’atomes, cela correspond à un comportement de type moléculaire. Au-dessus de 200 atomes, l’énergie d’adsorption augmente de façon continue pour rejoindre la valeur d’un cristal massif pour un diamètre de 6 nm (environ 4000 atomes). Il s’agit de la première expérience montrant le passage entre ces deux comportements pour le même type d’agrégats et pour une même propriété. Ce travail montre que pour les nanoparticules dont la taille est de quelques dizaines d’atomes, la fiabilité des mesures de taille par microscopie à effet tunnel peut être problématique car elle dépend de la structure électronique des particules qui ne varie pas de manière régulière dans ce domaine de taille.

 

DOCUMENT              CNRS                 LIEN

 
 
 
 

ROBOTS HUMAOIDES

 

Comprendre le mouvement humain améliore le comportement des robots humanoïdes
 
« Aller chercher un objet » : cette tâche en apparence très simple est au cœur des travaux développés au Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS) sur le robot humanoïde HRP2. Elle nécessite de se déplacer puis de saisir.
L’application des techniques classiques de robotique peut conduire à des postures pour le moins étranges (figure 1).
L’étude du comportement humain dans des situations similaires permet d’analyser les lois que tout le monde suit dans un même contexte, c’est-à-dire les invariants d’une action. Ces études suivent une méthodologie d’analyse du mouvement humain issue des neurosciences (figure 2).
Ces modèles sont intégrés aux algorithmes de planification de mouvement. Ils permettent de calculer des postures beaucoup plus naturelles et acceptables (figure 3).
Ces travaux primés à la conférence IEEE BioRob à Tokyo en 2010 sont représentatifs des approches pluridisciplinaires conduites en robotique et s’inspirant des neurosciences.

 

DOCUMENT                CNRS                 LIEN

 
 
 
 

CASSEURS D'ATOMES

 

CASSEURS D'ATOMES : UN PAS DE PLUS VERS LE BIG BANG


Les Casseurs d'atomes, plus communément appelés Accélérateurs, sont les outils de tous les jours de nombreux physiciens des particules qui sondent la matière infiniment petite. Il y a de ça un peu plus d'un siècle, en 1894, Albert Michelson - qui étudia le comportement de la lumière - n'aurait jamais imaginé se retrouver devant un monde incroyablement plus complexe qu'il l'aurait cru lorsqu'il déclara que tout ce qu'il restait à faire en physique était de déterminer jusqu'à la sixième décimale les valeurs connues en ce temps là. Il ne se doutait pas que la structure entière de la physique serait complètement révolutionnée dans les 20 années qui allaient suivre. Les premiers accélérateurs sont apparus au début du 20e siècle et ce qui fut dévoilé au fil des années a permis de construire un modèle théorique cohérent, le Modèle Standard (MS). Les particules prédites par ce modèle furent presque toutes observées, les prédictions sur leur comportement furent testées, mais effectivement le plus important manquait et manque toujours. Le boson de Higgs, auquel est associé le champs de Higgs qui permet à toutes les particules d'acquérir une masse, reste encore aujourd'hui inobservé. Les expériences du futur nous permettront de vérifier si cette particule existe vraiment, et si d'autres modèles théoriques au-delà du MS sont viables i.e. la Super Symétrie, l'existence de dimensions supplémentaires. Il faut toutefois garder les pieds sur terre, ou peut-être pas, car la physique des particules aux accélérateurs, résumé sur l'échelle universelle du temps depuis le Big Bang jusqu' aujourd'hui, ne correspond qu'à un tout petit pas. Le terrain à défricher reste encore énorme, et les Casseurs d'atomes joueront un rôle clef dans la compréhension de cet Univers de l'infiniment petit. Je tenterai donc, dans cette présentation, de faire un survol historique de la théorie, des accélérateurs, des découvertes et de parler du futur de la physique aux accélérateurs.

 

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LE POMPAGE OPTIQUE

 

LE POMPAGE OPTIQUE


La technique de pompage optique utilise le phénomène de résonance optique (absorption de lumière suivie de réémission) pour transférer aux atomes du moment cinétique. Dans ce but, la lumière incidente est polarisée circulairement. On peut ainsi concentrer les atomes d'une vapeur (atomes alcalins, mercure) dans des états Zeeman positif ou négatif du niveau fondamental. On réalise ainsi l'orientation atomique : le moment cinétique et le moment magnétique des atomes pointent dans une direction privilégiée. Cette orientation atomique peut être détruite soit par le processus de relaxation aux parois, soit par la résonance magnétique. Applications : mesure des moments magnétiques des atomes et des noyaux.

 

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