Les Journées des Doctorant 2025 (JDD pour les connaisseurs) se sont déroulées les jeudi 24 et vendredi 25 avril dans les locaux de l’Institut des Matériaux de Nantes, Jean Rouxel (IMN).

Les étudiants en 2ième année de doctorat de l’IMN ont exposé oralement, devant un public scientifique, leur travail de recherche. Deux doctorantes ont conquis cette année le jury :

Aline KNEUBL de l’équipe Stockage et Transformation Electrochimiques de l’Energie (ST2E) qui avait obtenu le prix du meilleur poster l’année dernière et Alexia ROCHETEAU de l’équipe Matériaux Innovants pour l’Optique, le Photovoltaïque et le Stockage (MIOPS). Elles ont présenté pendant 15 min, suivi de 5 minutes de questions, leurs résultats obtenus durant 1 an et demi de thèse. (plus d'informations à la suite)

En parallèle des présentations orales, les étudiants en 1ere année de doctorat ont présenté leurs premiers résultats sous la forme d’un poster exposé dans le hall d’entrée de l’IMN. Un prix a également été attribué. Cette année 2 posters n’ont pu se départager. Celui de Valentin CLAVIER de l’équipe Ingénierie Des Matériaux et Metallurgie (ID2M) et celui de Théo LEGRET de l’équipe ST2E. (plus d'informations à la suite)

Et, pour la première fois, un concours de la meilleure photographie était proposé. Coline CHARTRAIN, doctorante en 1ere année de l’équipe Plasmas et Couches Minces (PCM) en est la réalisatrice. (plus d'informations à la suite)

L’Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel¹ (IMN) vient d’être sélectionné par la Japan Science and Technology Agency (JST), homologue japonaise du CNRS, dans le cadre d’un prestigieux programme de recherche international, ASPIRE² Top Scientists, dans le domaine de la « Recherche sur les matériaux qui contribuent à une société neutre en carbone et à une économie circulaire ».

Des chercheurs de l’Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN, CNRS/Université de Nantes), de l’Institut de Physique de Rennes (CNRS/ Université de Rennes) et de l’Université de Tohoku (Sendai – Japon) réunis dans le cadre du Laboratoire International de Recherche CNRS-Japon DYNACOM* ont montré que la transition isolant métal photoinduite dans des matériaux quantiques appelés isolants de Mott se propage à la vitesse du son grâce à une onde de déformation comprimant le matériau. Ces travaux, publiés dans Nature Physics, permettent d’envisager des composants Mottroniques réagissant en quelques picosecondes.

Les avancées spectaculaires des lasers ultrarapides, récompensées par le prix Nobel de physique en 2018 et 2023, ont ouvert de nouvelles voies d’étude des matériaux, offrant la possibilité de manipuler leurs propriétés électroniques vers de nouveaux états inaccessibles jusqu’ici. L’application d’une impulsion laser ultrabrève sur des matériaux quantiques appelés isolants de Mott entraîne ainsi une transition de phase vers un état métallique transitoire. Pendant longtemps, cette transition a été pensée comme une transition d’origine électronique pour laquelle le couplage au réseau (i.e. à la structure du matériau) jouait un rôle secondaire. Mais dans leurs travaux publiés dans la revue Nature Physics, les chercheurs du laboratoire international viennent de montrer que c’est au contraire le couplage au réseau qui pilote la propagation de la transition isolant - métal. En mêlant des mesures résolues en temps sondant à la fois les changements de nature électronique et structuraux, ils ont en effet montré que la photoexcitation électronique provoquée par l’impulsion laser induit des contraintes de pression interne qui déclenche ensuite, à partir de la surface libre, la propagation à la vitesse du son d’une onde de déformation volumique dans l’épaisseur du matériau. La transformation électronique isolant-métal suit ainsi la vague de cette onde de déformation qui comprime le matériau. Ces résultats ont pu être obtenus grâce à des expériences - clés de diffraction des rayons X résolues en temps à l’ESRF à Grenoble, France et à MAX IV à Lund, Suède.

Au-delà des aspects fondamentaux, ces travaux montrent que des temps de commutation ultime de l’ordre de la picoseconde sont possibles dans des dispositifs issus de la Mottronique, une nouvelle électronique utilisant les propriétés des isolants de Mott étudiée notamment par les chercheurs de l’IMN. Cela ouvre la voie à la réalisation de nouvelles mémoires et à des réseaux de neurones artificiels jusqu’à mille fois plus rapides que les technologies existantes.

Référence
Propagation of insulator-to-metal transition driven by photoinduced strain waves in a Mott material, T.Amano et al., Nature Physics (2024). DOI : 10.1038/s41567-024-02628-4
Lien Nature Physics : https://rdcu.be/dUdDN

Contact chercheurs
- Etienne Janod, DR CNRS IMN (Institut des Matériaux de Nantes), Nantes Université, CNRS et IRL DYNACOM (CNRS Tokyo)
- Laurent Cario, DR CNRS IMN (Institut des Matériaux de Nantes), Nantes Université, CNRS et IRL DYNACOM (CNRS Tokyo)

* DYNACOM (DYNAmical COntrol of Materials) est un Laboratoire International de Recherche (IRL) France-Japon du CNRS, qui regroupe deux universités françaises (IPR / Université de Rennes et IMN / Nantes Université) et deux universités japonaises prestigieuses (Tokyo et Tohoku / Sendai). Ses activités de recherche sont axées sur le développement de nouvelles fonctionnalités des matériaux, en utilisant des conditions hors d'équilibre par excitation lumineuse et/ou champ électrique.
https://tokyo.office.cnrs.fr/cooperation-japan/dynacom/

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Haut : vue d'artiste du diagramme de phase du matériau de Mott V2O3, mettant en évidence son état isolant initial (en bleu) avant sa photoexcitation par un laser ultrarapide qui le pousse vers un état métallique (en jaune) par un mécanisme de propagation d'onde de déformation.

Bas : Représentation schématique du mécanisme de transformation opérant à la vitesse du son. De gauche à droite : photo-excitation initiale (a) induisant une pression interne négative (b), suivi d’une propagation de la transformation électronique dans le sillage d'un front d'onde de déformation compressive (c).

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Thierry Brousse, Laurence Athouël, Olivier Crosnier, Camille Douard

Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage électrochimique de l'énergie électrique à très grande durée de vie. Leurs densités d'énergie et de puissance en font des systèmes intermédiaires entre batteries et condensateurs diélectriques traditionnels. Ils sont utilisés dans le domaine de la microélectronique (microsupercondensateurs) aussi bien que dans la propulsion navale ou automobile.

Les recherches menées sur ces dispositifs visent à augmenter leurs densités d'énergie tout en conservant des densités de puissance intéressantes, et une cyclabilité importante. Ces développements passent par la recherche de nouveaux matériaux d'électrode ou la modification des matériaux existants, par la compréhension via la modélisation des mécanismes de stockage de charge et par la réalisation de dispositifs plus performants. L'équipe ST2E de l'Institut des Matériaux Jean Rouxel s'intéresse à ces différentes voies de recherche au travers de la thématique « supercondensateurs ».

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