Contacts pour l’organisation des wébinaires :
Andrea Gauzzi, Pierre Illien, Jean-Louis Barrat
Année 2023-2024
Année 2022-2023
Année 2021-2022
Année 2023-2024
| Date | Intervenant(e) | Laboratoire | Titre (résumés ci-dessous) |
|---|---|---|---|
| Jeudi 12 oct 2023, 16h-17h | André Thiaville | Laboratoire de Physique des Solides, CNRS – Université Paris-Saclay, Orsay | Le nanomagnétisme aujourd’hui: l’importance de la structure à l’échelle atomique |
| Jeudi 8 février 2024, 16h-17h | Lydéric Bocquet | Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure | Quelques avancées en nanofluidique : des mémoires ioniques à la friction électronique |
Jeudi 8 février 2024, 16h-17h
Lydéric Bocquet
Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure
Quelques avancées en nanofluidique : des mémoires ioniques à la friction électronique
Le domaine émergent de la nanofluidique explore la mécanique moléculaire des fluides aux plus petites échelles. Ce monde de « l’infiniment petit en fluidique » est la frontière où le continuum de la dynamique des fluides rencontre la nature atomique de la matière, voire sa nature quantique. La nature exploite pleinement les bizarreries fluidiques à l’échelle nanométrique et elle est capable de prouesses en utilisant une circuiterie fluidique constituée de multiples canaux biologiques: pompes ioniques, moteurs à protons, pores ultra-sélectifs, canaux stimulables, …. Peut-on reproduire certaines de ces fonctionnalités ? Quelles sont ces « bizarreries » fluidiques aux nanoéchelles ?
Dans cet exposé, je discuterai de quelques résultats expérimentaux et théoriques que nous avons obtenus récemment sur le transport de l’eau et des ions en confinement extrême : notamment l’écoulement au travers de nanotubes (carbone ou hBN) 1D, et de canaux 2D obtenus par assemblage de van der Waals et dont la taille peut atteindre quelques angströms. Je me concentrerai sur deux phénomènes: tout d’abord, l’émergence d’effets mémoires dans des canaux d’eau quasi bidimensionnels et le développement de calculs élémentaires basés sur la dynamique ionique, avec des formes élémentaires d’apprentissage de Hebb; puis la question des flux presque sans frottement que nous avons mesuré au sein des nanotubes de carbone, leur interprétation en terme de frottement induit par les excitations et les perspectives que cela ouvre sur les interactions entre dynamique des fluides et excitations électroniques.
Je conclurai en examinant brièvement comment ces phénomènes émergents à l’échelle nanométrique peuvent être exploités pour développer des innovations technologiques dans les domaines de l’eau et de l’énergie.
Jeudi 12 octobre 2023, 16h-17h
André Thiaville
Laboratoire de Physique des Solides, CNRS – Université Paris-Saclay, Orsay
Le nanomagnétisme aujourd’hui: l’importance de la structure à l’échelle atomique
On parle du nanomagnétisme depuis environ 25 ans. Ce domaine s’est développé grâce aux progrès des techniques de croissance et de nanofabrication, qui permettent de disposer d’échantillons à dimensions largement sub-micrométriques dans les trois dimensions. Les progrès des techniques de mesure et d’observation ont aussi largement promu ces développements.
L’évolution notable qui s’est produite au cours des dix dernières années s’est faite avec le retour des atomes et de leur arrangement sur le devant de la scène, comme le graphène et ses dérivés l’ont illustré. Durant cet exposé, je tenterai de présenter les différents phénomènes découverts récemment en nanomagnétisme qui sont pilotés par la structure atomique, et pourquoi ils ont une importance dans les applications, ces dernières étant un moteur qui a un impact non négligeable dans la dynamique de ce domaine de recherche. Je parlerai aussi des techniques expérimentales et computationnelles qui accompagnent cette évolution.
Année 2022-2023
| Date | Intervenant(e) | Laboratoire | Titre (résumés ci-dessous) |
|---|---|---|---|
| Jeudi 13 oct 2022, 16h-17h | Paul Loubeyre | CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel, Arpajon | Nouveaux développements pour l’étude de la matière sous condition extrêmes |
| Jeudi 10 novembre 2022, 16h-17h | Marie Plazanet | LIPhy | Neutron scattering for the study of condensed matter: why, how and where |
| Jeudi 15 décembre, 16h-17h | Nicola Marzari | Swiss Federal Institute of Technology at Lausanne (EPFL) and Paul Scherrer Institut | To see a world in a grain of sand |
| Jeudi 9 mars, 16h-17h | Philippe Walter | Laboratoire d’archéologie moléculaire et structurale (Sorbonne Université/CNRS) | Spécificités de la recherche sur les matériaux du patrimoine culturel |
| Jeudi 13 avril, 16h-17h | Roland Pellenq | EpiDaPo Lab – CNRS / George Washington University, Children’s National Medical Center, Children’s Research Institute | Des argiles à la pâte de ciment, aux géopolymères et aux charbons : quelques pistes pour la modélisation des matériaux poreux multi-échelle |
| Jeudi 8 juin, 16h-17h | Wiebke Drenckhan-Andreatta | Institut Charles Sadron, Université de Strasbourg | A glance into the physics of foams |
Résumés
Jeudi 8 juin 2023, 16h-17h
Wiebke Drenckhan-Andreatta
Institut Charles Sadron, CNRS UPR22 – University of Strasbourg, France
A glance into the physics of foams
Composed of tightly packed gas bubbles in a continuous liquid matrix, foams present a delightful sub-class of complex fluids. Their first conscious use by humans dates back several thousand years, while nature has been exploiting their virtues much longer. Foams are familiar to us today through a myriad of applications, ranging from food, cosmetic or cleaning foams to firefighting foams. With the additional possibility to solidify foams, it has become impossible to spend a day without benefiting from the dramatic effects that the integration of simple bubbles into a material confers to its optical, mechanical, acoustic or thermal properties.
So, if foams are such an “old hat” and seemingly well mastered by chemical engineers, why should physicists care?
Foams are the “sandpiles” of Soft Matter Physics and as such, fantastic model systems to understand structure/property relations of athermal complex fluids. The characteristic interaction energies between foam bubbles being much higher than thermal energies, the properties of these systems tend to be governed by intricate out-of-equilibrium effects. One peculiarity of foams is that all interactions are driven by the (often complex) interfacial properties, leading to highly non-local interactions and the necessity of a truly multi-scale description.
I will provide here a short overview of the physics of foams before using illustrative examples to show some recent developments and to convince the audience that despite its long history, this field still has many intriguing physics problems to offer at the interface with fluid dynamics, applied mathematics, (physical)chemistry and material science!
Jeudi 13 avril 2023, 16h-17h
Roland Pellenq
EpiDaPo Lab – CNRS / George Washington University
Children’s National Medical Center | Children’s Research Institute
111 Michigan Ave. NW | Washington, DC 20010, USA
Des argiles à la pâte de ciment, aux géopolymères et aux charbons : quelques pistes pour la modélisation des matériaux poreux multi-échelle
Cette présentation vise à montrer, à partir de quelques exemples, comment les propriétés texturales, mécaniques, de vieillissement… de matériaux multi-échelles tels que les argiles, la pâte de ciment, les géopolymères, les charbons… peuvent être modélisées.
Le concept de potentiel de force moyenne (PMF) sera introduit comme moyen de mettre en œuvre une modélisation à travers les échelles d’espace, depuis l’échelle nanométrique jusqu’à l’échelle micrométrique. En ce qui concerne les échelles de temps, on présentera des techniques de méta-dynamique pour la modélisation de la dégradation de la matière organique dans le sol depuis l’échelle des réactions chimiques élémentaires jusqu’aux échelles du temps géologique.
Un PMF est une fonction d’énergie libre représentant les interactions entre des objets comme les nano-grains d’hydrates de ciment, de géopolymères, les nano-plaquettes ou nano-tubules d’argile…, en fonction des conditions thermodynamiques. Le PMF offre l’avantage de permettre le passage à l’échelle du micron tout en conservant les informations essentielles sur les interactions caractérisant les processus physico-chimique à petite échelle. On comparera les différentes façons de calculer un PMF et les résultats de cette approche PMF avec ceux des théories colloïdales classiques DLVO, etc.
En ce qui concerne les échelles de temps, on introduira la dynamique moléculaire réactive dans une approche Replica-Exchange (RExMD) pour étudier la transformation de deux constituants importants de la matière organique terrestre (lignine et cellulose) en charbon.
Jeudi 9 mars 2023, 16h-17h
Philippe Walter
Laboratoire d’archéologie moléculaire et structurale (Sorbonne Université/CNRS)
Spécificités de la recherche sur les matériaux du patrimoine culturel
Les caractérisations physico-chimiques des matériaux anciens permettent de mettre en évidence la complexité des techniques qui ont été employées dans le passé pour élaborer des matériaux dotés de propriétés particulières ainsi que leur évolution au cours du temps. Ces données doivent être interprétées dans le cadre de recherche interdisciplinaires.
Cette présentation visera à montrer, à partir de quelques exemples, le rôle important des développements instrumentaux, allant des méthodes mobiles aux grandes infrastructures de recherche, et des approches multi-échelles pour comprendre ces matériaux complexes. L’interprétation de ces résultats nécessite la réalisation de modélisations expérimentales pour reproduire en laboratoire les pratiques anciennes et d’approches théoriques pour préciser certaines propriétés physiques.
Jeudi 15 décembre 2022, 16h-17h
Nicola Marzari
Swiss Federal Institute of Technology at Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland
Paul Scherrer Institut, Villigen, Switzerland
To see a world in a grain of sand
Electronic-structure simulations provide powerful capabilities to understand, predict, and design the properties and performance of novel materials and devices, and can nowadays support, streamline, and sometimes even inspire experimental efforts. I will discuss this research paradigm across the three themes of predictive accuracy, realistic complexity, and materials informatics.
First, I will argue how state-of-the-art functionals can capture not only challenging mixed-valence ground states but also charged excitations and spectroscopies. Then, I’ll show how the quest to provide accurate microscopic descriptions of macroscopic properties can even inspire novel physical formulations, using examples taken from transport theories of solids. Last, I’ll highlight how reliable and accurate simulations allow for systematic and even effortless explorations of materials space, enabling the discovery of novel materials with targeted properties.
These points underscore the bright future and opportunities arising from digitally-driven science, both for scientific discovery and technological innovation – not only improving at the speed of information-and-communication technologies, rather than of physical infrastructures, but also as a powerful and democratic instrument that can be shared worldwide at the flick of a button.
Jeudi 10 novembre 2022, 16h-17h
Marie Plazanet
Laboratoire Interdisciplinaire de Physique
CNRS and Université Grenoble Alpes, Grenoble
Neutron scattering for the study of condensed matter: why, how and where
I will try to illustrate the benefits one can gain from neutron scattering for the study of condensed matter. After presenting the basic principles, I shall review the different techniques: first, those enabling the characterisation of the structural properties of matter, i.e. diffraction, small angle scattering and reflectometry with atomic scale resolution, which take advantage of the short wavelength characteristic of neutrons; second, spectroscopic measurements enabling the characterisation of the nuclear motion (vibrational and relaxational dynamics) at the length scale of structural heterogeneities, which is possible owing to the high momentum transfer. These technical aspects will be illustrated in the case study of the organisation and dynamics of Ouzo, a world-wide appreciated beverage. I will only briefly mention the unique possibilities of neutron scattering for the study of magnetism. Finally, I shall review the different type of sources currently available, especially the current resources in Europe and France, and the projects of the French neutron scattering community.
Jeudi 13 octobre 2022, 16h-17h
Paul Loubeyre
CEA/DIF/DPTA
New frontiers and new tools in High Pressure Physics: an illustration with results on very dense hydrogen
High pressure physics is an old field which is advancing by the implementation of new tools. Several recent developments can explain the great dynamism of the high-pressure field. The frontier of exploration is now pushed back to TPa (10 million bars), the pressure domain of planetary interiors. The large instruments, synchrotron or Free Electron Laser, offer a beam quality perfectly adapted for a fine and detailed characterization of the properties of materials under extreme pressures. Finally, a new periodic table of atoms is revealed under a million bars and new materials can thus be synthesized, some with remarkable properties.
We will illustrate this renewal of the high-pressure domain by focusing on some results around dense hydrogen systems. This theme has led to the development of new experimental approaches and has implications for fundamental physics, materials science and astrophysics. In particular, we will present: metallic hydrogen; super-hydrides which are superconductors at high temperature; superionic ice and the miscibility of H/He mixtures in the conditions of planetary interiors.
Année 2021-2022
| DATE | INTERVENANT(E) | LABORATOIRE | TITRE (RÉSUMÉS CI-DESSOUS) |
| Jeudi 10 février, 16h-17h | Cécile Sykes | LPENS, Paris | Un (petit) point sur l’interface de la physique avec les sciences du vivant, en France et à l’international |
| Jeudi 10 mars, 16h-17h | Lucia Reining | LSI, Ecole Polytechnique | The quantum many-body problem: unsolvable but keeping us busy! |
| Jeudi 14 avril, 16h-17h | Bart van Tiggelen | LPMMC, Grenoble | Ondes en milieux complexes |
| Jeudi 12 mai, 16h-17h | Eric Collet | Université Rennes I | Observer et contrôler la matière condensée aux échelles de temps ultra-brèves |
| Jeudi 16 juin, 16h-17h | Etienne Snoeck | CEMES, Toulouse | Récents développements instrumentaux et méthodologiques en microscopie électronique en transmission – Etat des lieux en France |
Résumés :
Jeudi 16 juin 2022 (de 16h à 17h) :
Etienne Snoeck
CEMES-CNRS – Groupe I3EM, 29 rue J. Marvig 31055 Toulouse
etienne.snoeck@cemes.fr
Récents développements instrumentaux et méthodologiques en microscopie électronique en transmission – Etat des lieux en France
Les dernières décennies ont vu des progrès très notables de la microscopie électronique en transmission (MET) découlant de nombreux développements instrumentaux (i.e. canons d’électron à haute brillance, correcteurs d’aberration, monochromateurs plus performants, détecteurs d’électron direct, …) qui ont permis aux (S)TEM avec des faisceaux électronique bien plus cohérents, de gagner quasiment un ordre de grandeur en résolution spatiale (environ 50 pm) et une bien meilleure résolution en énergie (jusqu’à 10 meV). De plus, les progrès des équipements associés tels que les FIB permettant de préparer des échantillons de meilleure qualité, divers types de porte-objets et/ou des colonnes dédiés aux expériences in situ, permettent d’obtenir des informations quantitatives, pouvant être tridimensionnelles, sur la structure, la composition, les champs (magnétiques, électriques, de déformation) des objets étudiés sous divers stimuli (température, contraintes mécaniques, champs électriques et magnétiques, …) voire dans différents environnements (gaz, liquide). Enfin, grâce à l’utilisation de source d’électrons pulsée contrôlée, des expériences de MET résolues en temps peuvent désormais être réalisées jusqu’à des résolutions temporelle femtoseconde ouvrant à la MET des domaines qu’elle n’abordait pas jusqu’à présent (en nano-optique par exemple).
Je tenterai de faire un tour d’horizon des développements instrumentaux et méthodologiques de ces dernières années et de montrer comment ceux-ci ont permis à la MET de contribuer à des avancées notables en physique du solide et élargit ses champs thématiques. J’essaierai d’identifier autant que faire se peut, les développements et travaux menés dans les différents laboratoires français.
Jeudi 12 mai 2022 (de 16h à 17h) :
Eric Collet
Institut de Physique de Rennes, Université de Rennes, CNRS – UMR 6251
eric.collet@univ-rennes1.fr
Observer et contrôler la matière condensée aux échelles de temps ultra-brèves
Le contrôle ultra-rapide de matériaux par la lumière est un enjeu majeur. Il est ainsi possible de générer des changements spectaculaires de leurs propriétés physiques (ferroélecticité, conductivité, magnétisme, photochromisme…) sur des échelles de temps ultra-rapides (fs ou ps). Le développement de techniques expérimentales résolues en temps permet de suivre en temps réel la dynamique des constituants élémentaires de la matière ou de divers degrés de libertés – telles que les structures électroniques, moléculaires, cristallines ou encore la symétrie – qui sont à l’origine de l’émergence de nombreuses fonctions. De plus, il est possible de sélectionner de façon sélective le degré de liberté excité pour optimiser le processus de transformation photoinduit, hors-équilibre par nature. Il est alors essentiel de combiner des techniques complémentaires sensibles à ces différents degrés de liberté pour avoir une compréhension globale de leurs dynamiques et de leurs couplages, conduisant à une transformation multi-échelle de la molécule au matériau.
Jeudi 14 avril 2022 (de 16h à 17h) :
Bart van Tiggelen
Laboratoire de Physique et de Modélisation des Milieux Condensés
Université Grenoble Alpes, CNRS, Maison des Magistères, Grenoble
Ondes en Milieux Complexes
La propagation des ondes est un sujet avec une très longue histoire. La lumière a été étudiée depuis Isaac Newton, Christian Huygens, James Clerk Maxwell et Albert Einstein. Les premières études du son datent même de Pythagore et de Galilei et la première mesure de la vitesse du son est attribué au Français Pierre Cassendi dans le 17e siècle. Notre connaissance des ondes élastiques a créé la sismologie, notamment la première description des ondes de surface par Lord Rayleigh. Les ondes sont indispensables pour comprendre la matière et omniprésentes dans l’imagerie et la télécommunication. Il y a 20 ans les ondes de matière sont aussi devenu « quotidiens »; viceversa, les « milieux complexes » révèlent des comportements ondulatoires surprenants, inattendus et parfois même super utiles. On pourrait discriminer les métamatériaux, créés dans les laboratoires, les milieux naturels et les milieux à symétrie brisée. Comme métamatériaux on pourrait citer les matériaux à bande interdite (par exemple le graphène photonique), les matériaux (semi-conducteurs, élastiques, atomiques,…) avec un désordre in extremis, les cristaux liquides, les matériaux topologiques ou hyper-uniformes, fortement non linéaires ou les mélasses optiques. Parmi les milieux naturels il y a la croute terrestre, le corps humain, les mousses, les bulles et les granulaires voire même New York City. Enfin, la symétrie dans la propagation ondulatoire pourrait être brisée par un champ magnétique, la chiralité, du gain, du mouvement, des corrélations géantes etc. La recherche a trouvé de nombreuses innovations : la stabilité du retournement temporel malgré la diffusion multiple, l’imagerie sans source par corrélation, faisceaux Bessel de la lumière avec moment orbital, la localisation d’Anderson voire son absence pour les ondes électromagnétiques, la spectroscopie par ondes diffuses, le wave front shaping pour compenser la diffusion multiple ou le chaos « quantique » en imagerie.
Le sujet « Ondes et Matière » dépasse clairement le périmètre d’une seule section au CNRS, mais il ne devrait pas devenir victime de son interdisciplinarité. Depuis 1994 une petite dizaine de GDR se sont succédés en France (POAN, IMCODE, … COMPLEXE aujourd’hui), souvent pilotés et toujours soutenus sans réserve par la section 05, en incluant des mathématiciens, des géophysiciens et de nombreux autres collègues rattachés à d’autres sections. Grâce à ces collaborations interdisciplinaires, la France est devenue une source internationale d’inspiration dans ce domaine, avec une trentaine d’Ecoles Thématiques organisées aux Houches ou à Cargèse. Un progrès majeur a été accompli dans ce domaine. Sans doute, les aspects quantiques vont faire leur entrée dans les années devant nous, si ce n’est pas déjà fait.
Jeudi 10 mars 2022 (de 16h à 17h) :
Lucia Reining
LSI, CNRS, CEA/DRF/IRAMIS, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France
and European Theoretical Spectroscopy Facility (ETSF)
The quantum many-body problem: unsolvable but keeping us busy!
Quantum mechanics and the Coulomb interaction are at the origin of many important properties of matter, be it molecules or big pieces of materials, be it inorganic crystals or living organisms. In principles the underlying laws are known, but it is impossible to use them in a straightforward way in order to understand and predict what will happen in a system of more than a few nuclei and electrons. Therefore, there is ongoing effort to understand what is important and what can be neglected, to improve existing approximations, to find new ways to deal with the problem, and to obtain more insight from experiment.
In this talk, we will first see the impact of quantum many-body physics on the very different kinds of matter studied in our community. We will discuss the difficulties to approach the problem, and we will then look at some major lines of theoretical and numerical research, in particular methods that avoid using many-body wavefunctions, such as Density Functional Theory (DFT) and methods based on Green’s functions. We will not go into technical details, but concentrate on the main ideas and fundamental concepts which are common to all these methods, although they might seem to be very different at first sight.
We will give some examples of what can be done with today’s approaches, in particular in the field of spectroscopy, where close collaboration with experiment, such as photoemission, inelastic x-ray scattering or optical measurements, often leads to fruitful progress of our understanding. Finally, a personal view on what might be promising directions to go in the future will conclude the discussion.
Jeudi 10 février 2022 (de 16h à 17h) :
Cécile Sykes
Chargée de mission « interface physique et sciences du vivant » à l’Institut de Physique, CNRS et Team “Active Cell Matter”, LPENS UMR 8023, Département de Physique de l’Ecole Normale Supérieure, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, 75005 Paris
Un (petit) point sur l’interface de la physique avec les sciences du vivant, en France et à l’international
Quelques exemples scientifiques seront donnés de mécanismes physiques du vivant qui commencent à être compris à l’aide d’expériences et de modélisation, théorique ou expérimentale. Ils sont inspirés de travaux, de rencontres, de lectures ou de participations à des conférences internationales. La France a été largement associée à la création, à la fin des années 80, d’organismes internationaux (HFSP, ICAM) financeurs de recherches interdisciplinaires et intercontinentales à l’interface avec la physique. L’initiative, partant de l’étranger, témoigne de la qualité reconnue de l’enseignement et de la recherche françaises, en particulier en physique. Cette présentation sera inspirée de celle donnée en juillet 2020 devant le conseil scientifique du CNRS et à sa demande. Elle avait été préparée avec l’INP en collaboration avec l’INSB.
Section 5 du CoNRS (Matière condensée, organisation et dynamique) 