Nous avons eu l’honneur d’accueillir au laboratoire une délégation académique de premier ordre de Kyoto University, de l'ICMCB (CNRS, Université de Bordeaux, Bordeaux INP) et du CNRS à l’occasion du lancement du laboratoire sur site fondé par Kyoto University en association avec l’ICMCB et l’Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel.

La cérémonie officielle, suivie d’un symposium scientifique, a permis de mettre en lumière les recherches de pointe dans le domaine des matériaux inorganiques pour l’énergie menées conjointement à Bordeaux, Nantes et Kyoto. La recherche sur ces matériaux vise à développer une économie circulaire pour une société neutre en carbone. L’événement a également souligné la richesse des coopérations universitaires et éducatives existantes entre les institutions françaises et japonaises.

En savoir plus...

Les matériaux cristallins peuvent comprendre des défauts qui dictent leurs propriétés électroniques et optiques. Un laboratoire nantais veut prévoir l’impact des défauts ponctuels sur les propriétés optiques, et plus spécifiquement la luminescence.

Lorsque des scientifiques explorent les défauts dans la matière, on peut légitimement s’attendre à ce que ce soit pour les supprimer. Mais, dans certains cas, les défauts sont en fait une bonne chose. Ainsi, dans le cas des cristaux, ils peuvent changer les propriétés de la matière et sont indispensables dans des applications telles que l’électronique, avec le silicium dopé, la conversion d’énergie, le photovoltaïque ou les caractéristiques optiques d’un luminophore.

Retrouvez l'article complet sur CNRS LE JOURNAL

Les MOF sont des matériaux présentant deux parties, une organique et une inorganique. Certains d’entre eux peuvent servir de thermomètres miniatures à distance, tels que recherchés en nanotechnologies et en nanomédecine.

La miniaturisation des thermomètres conventionnels à contact, comme les thermocouples composés de fils de métaux soudés entre eux, a atteint ses limites et ces systèmes ne conviennent de toute façon pas à des méthodes non invasives. Il n’est donc pas possible de s’en servir pour étudier la fluctuation de température intracellulaire, la température à l’échelle moléculaire, celle dans des microcircuits électroniques ou bien dans des cellules microfluidiques. Une meilleure approche tiendrait dans la nanothermométrie de luminescence, c’est-à-dire l’utilisation de matériaux qui vont émettre une lumière en fonction de la température.

Hélène Brault est maîtresse de conférences à Nantes Université et membre de l’Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel. Elle travaille sur des MOF à base de lanthanides pour la thermométrie de luminescence. Les MOF, pour metal–organic frameworks ou réseaux métallo-organiques, sont des solides poreux cristallins et hybrides, c’est-à-dire qu’ils contiennent un cation inorganique et des ligands organiques.

Retrouvez l'article complet sur CNRS LE JOURNAL

Félicitations à Chris Ewels, chercheur au sein de notre laboratoire qui a reçu le prix de l'Association européenne du carbone (European Carbon Association (ECA) Award) !

Cette distinction récompense son importante contribution à la science du carbone au sein de la communauté européenne du carbone, avec des résultats de recherche remarquables.

Ses travaux de recherche se concentrent sur la modélisation informatique des carbones à l'échelle nanométrique, qu’il réalise en étroite collaboration avec des collègues expérimentateurs.

Il est l'auteur de plus de 200 publications, dont neuf chapitres de livres et figure sur la liste des 2 % de scientifiques actifs les plus cités de l'université de Stanford. En 2006, Chris Ewels a reçu le prix d'excellence européen Marie Curie.

Encore un grand bravo à Chris !

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/

Image

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).

[widgetkit id="84" name="test pdf"]

(update February 24th 2023

Person in charge

Olivier CHAUVET - Etienne JANOD

Topic

EPR (Electronic Paramagnetic Resonance) is a spectroscopic technique that allows the detection of species with unpaired electrons, via their magnetic signature.These species present in solid or liquid materials can be free radicals in molecular or biological materials, paramagnetic ions of transition metals such as Cu(II), Mn(II), V(IV), Fe(III),Cr(III), Cr(V), Co(II), Rh(II), Ni(I), Mo(V) or Ti(III), paramagnetic defects, spins of conduction electrons… .This technique allows obtaining chemical information (nature and environment of the paramagnetic species).It can also provide insight into the physical or physico-chemical properties of compounds: electronic properties of conductors or insulators, magnetic properties, redox properties, etc.

Equipments

Electron Spin Resonance (continuous wave, Bruker Elexsys E 500)

Performances

• • • samples :
      -Type: powder, crystal, gel, thick films, mass between a few tens of µg and a few tens of mg,
      - dimensions : the sample should fit into a tube of about 2-3 mm inside diameter
    • available cavities:
      - X-Band: resonance field around 3350 G for g = 2
      - Q-Band: resonance field around 12500 G pour g = 2
    • Sensitivity: under the most favorable conditions, detection threshold close to one part per billion (1 ppb),
    • Temperature range: :from 77 to 400K (liquid nitrogen cryostat)
    • Possibilities (tuning required) to make measurements under light irradiation, in an electrochemical cell, under electrical bias,...
      

Application examples

The applications of EPR cover many fields of scientific research, in chemistry, physics, materials science, biology and medicine.Among the recent examples obtained on the IMN spectrometer, we can note measurements aimed at characterizing defects induced by irradiation in materials used in the field of health.

Learn more:

Links towards Bruker E500 user manual

(update February 28th 2023)

Person in charge
Pierre-Emmanuel PETIT

Thomas FOURNIER
Jonathan HAMON

X-ray diffraction (XRD) is an elastic scattering technique, i.e. without loss of photon energy (unchanged wavelength), which gives rise to interferences. A distinction is made between single crystal and powder diffraction techniques. XRD is also a powerful technique to characterize thin films.

Applications

Single crystals (four-circle goniometer in Kappa geometry):

• crystal structures
• Low and moderate temperature phase transitions (for temperaturesranging from 90K to 500K)

Powders (Bragg-Brentano or Debye-Scherrer geometries):

• identification of crystallized phases
• quantitative determination of crystalline (possibly /
• determination
• crystallite size / microstrain (studies based on diffraction peak
• phase transitions at high temperatures / kinetics of these transitions
• operando studies (electrochemistry)
• characterization of the local of amorphous or poorly crystallizedmaterials (PDF studies)

Thin films (Bragg-Brentano geometry, grazing incidence diffraction or “ω-scan”):

• identification of crystalline phases
• microstructure
• texture (minimalist version: usea “rocking curve” type scan, alsocalled “omega-scan”)

The fleet consists of 8 machines,themost recentones being,on the whole, more versatilethan the older ones, which remain in a more specialized use:

Single crystal diffractometers:

• Rigaku Synergy S
• Nonius KappaCCD

Powder and Thin Film Diffractometers:

• Bruker D8 A25 “Da Vinci”
• PanalyticalX'Pert pro
• 2 Bruker D8 Series II: “Sample Changer” and “Chamber”
• Siemens D5000
• INEL XRG3500

Diffractometers for single crystals:

These two devices, housed at the Lombarderie site of IMN, are also used by CEISAM, and are accessible from outside under certain conditions.

Rigaku Synergy S Diffractometer

This apparatus, installed at IMN in 2020, is equipped with a microsource tube with a Mo anode (with its Montel-type focusing optics), a Hypix6000 hybrid pixel Si detector and a nitrogen cryogenic system (Oxford Cryosystems 800+) that allows the temperature of the crystal to be varied from 90 K to 500 K. It combines the advantages of a microsource (high diffracted intensity with small crystals) with the excellent signal-to-noise ratio provided by a latest- generation hybrid pixel Si detector.

The cost of the diffractometer (300 k€) was financed by:

Nonius KappaCCD Diffractometer

This apparatus, installed at the IMN in 2002, is equipped with a "classic" Mo anode X-ray tube, a "Princeton" CCD detector and a nitrogen cryogenic system (Oxford Cryosystem 700), allowing to reach the temperature range 90 K-373 K. The now outdated characteristics of its detector (notably its high readout noise) make it a second choice device. Nevertheless, it has been maintained for the time being and is fully functional.

Diffractometers for powders and thin films:

Bruker D8 A25 « Da Vinci » Diffractometer

Equipped with a second-generation Cu anode tube Si detector ("LynxEye XE") and numerous accessories (motorized slit, multilayer parabolic mirror, motorized XYZ table...), this θ/θ geometry device is very versatile (manufactured in 2013 and installed at the IMN site Lombarderie in 2020) and allows many applications:

• the energy resolution of the detector allows to avoid the X-ray fluorescence of samples containing Fe or Co, whatever the acquisition geometry used (Bragg-Brentano, parallel beam...);
• sits multi-layer mirror and radial Soller slits make it possible to study with a parallel beam massive samples that are not very regular and that one does not wish to polish or grind (non-destructive analysis). It is possible to envisage a fairly coarse spatial resolution (of the order of a millimeter);
• the multi-layer mirror, radial Soller slits and motorized table allow for grazing incidence studies of thin film samples;
• it is also possible to perform X-ray reflectometry using the motorized table, the multilayer mirror and appropriate slits;
• a stand to install electrochemical cells for operando studies.

Panalytical X’Pert pro Diffractometer

This apparatus, installed in 2009 at the IMN Chantrerie site, is also versatile, and is equipped with a first-generation Si strip detector ("X’Celerator"), whose energy resolution does not allow for the efficient removal of fluorescence radiation from Fe or Co. The speed of acquisition allowed by this detector allows in most cases to acquire excellent quality patterns in Bragg-Brentano (θ/θ) mode:

• a sample changer allowsthe acquisitiondiagrams ofa largenumber of powdered ormassive samples of small volume;
• a suitable sample holder allows the study of larger volume bulk samples and the accommodation of electrochemical cells (operando studies);
• an Anton Paar HTK1200N furnace for high temperature studies (T<1200°C, in air or neutral atmosphere).

Solid specimens of any size should have a flat surface (rough polishing may be sufficient). Otherwise, the use of the D8 "Da Vinci" described above should be considered.

Bruker D8 Série II Diffractometer « sample changer »

This apparatus, installed in 2006 at the IMN Lombarderie site, is equipped with a Cu anode tube and a first generation 1-D Si strip detector ("LynxEye"). It is also equipped with a Ge monochromator (111) placed at the exit of the tube stand, which makes it possible to obtain pure Cu K1 radiation. The Ge monochromator has advantages for powders with large crystallographic unit cells and/or low symmetry, as well as for Bragg-Brentano (θ/2θ) mode studies of thin-film samples deposited on single-crystal substrates.

This apparatus, not very versatile but equipped with a 90-position sample changer, is specialized in the acquisition in Bragg-Brentano mode of powder or massive but small samples, or samples deposited in thin layers on a monocrystalline or amorphous substrate. Its detector offers excellent performance except for samples containing Fe or Co, whose X-ray fluorescence is poorly filtered by the detector. It is also possible to install an airtight cell. This apparatus, the most used of the X-ray equipment, is often close to saturation, and allows the acquisition of about 2300-3000 patterns per year. It is widely open to external users, and several laboratories in Nantes (CEISAM, LPG, Arc’Antique, Université Gustave Eiffel Nantes) use it regularly.

Bruker D8 « chamber » Diffractometer with Anton Paar HTK 1200N furnace

This instrument, installed in 2006 at IMN (Lombarderie site), is equipped with a Cu or Mo anode tube, a motorized divergence slit and a fast 1-D gas detector ("Vantec"). The acquisition geometry is Bragg-Brentano θ/θ.

It works by campaigns and allows to install:

• a Cu anode tube and the Anton Paar HTK1200 N high temperature chamber (T<1200 °C, exclusively under air or neutral gas)
• a Cu anode tube and the Anton Paar XRK 900 high-temperature chamber (T<900 °C, reducing and/or humid atmosphere, vacuum - see the photograph of this instrument and more details on these chambers);
• an adapter support for electrolytic cells (operando studies);a Mo tube for PDF acquisition campaigns in Bragg-Brentano mode. This type of study, also known as total scattering, allows to investigate the local order of amorphous or poorly crystallized compounds.

Siemens D5000 Diffractometer

This apparatus, in Bragg-Brentano θ/θ geometry, is equipped with a Cu anode tube, a point detector (a scintillator) and a graphite secondary monochromator.

Advantages: easy access - no limitation for minimum angle (large unit cells) - filters X-ray fluorescence (samples containing Fe or Co).

Disadvantages: relatively long acquisition time (1 night). Presence of Cu Kα2 radiation - Despite these disadvantages, this device is still used (mainly because of its easy access), and is kept operational.

INEL XRG3500 Diffractometer

This instrument is dedicated to capillary diffraction in Debye-Scherrer geometry. It is equipped with a Cu anode tube, a primary monochromator (quartz) and a position-sensitive gas detector, allowing simultaneous acquisition over a 120° angular range.

Advantages: small quantities - air sensitive samples - relatively small minimum angle - no Kα2 radiation - relatively fast acquisition.

Disadvantages: absorbent and/or fluorescent samples. As it is the only apparatus in the laboratory that allows the use of capillaries, it remains indispensable despite its great age (apparatus installed in 1988).

Anton Paar XRK900 Chamber

Ancillary equipment for powder diffractometers:

• High temperature chambers :

  Two Anton Paar HTK1200 N chambers (T < 1200 °C, neutral atmosphere or under air), installed part-time respectively on the Bruker D8 “Oven” (Lombardy site) and the Panalytical X’pert pro (La Chantrerie site). These chambers do not allow for working under humid air.

  An Anton Paar XRK 900 chamber (T < 900°C), installed (alternately) on the Bruker D8 “oven”. This chamber is complementary to the other chambers, as it allows work to be carried out in a reducing atmosphere (a 5% H2/N2 mixture) and/or in a humid atmosphere.

• Sealed cells for air sensitive samples. Can be used on the Bruker D8 “Autosampler” and Bruker D8 “Da Vinci”.

• Electrochemical cells adaptable on the Panalytical X’pert Pro (at La Chantrerie) and on the Bruker D8 “Oven” and D8 “Da Vinci”. Not accessible outside IMN.