25ème Congrès Général de la SFP 2019

8 juil. 2019, 12:00 → 12 juil. 2019, 17:00 Europe/Paris

Auditorium 450 (Cité des Congrès)

Le 25ème Congrès Général de la Société Française de Physique aura lieu du 8 au 12 juillet 2019 à la Cité des Congrès de Nantes. Le Congrès Général de la Société Française de Physique offre, tous les deux ans, un panorama actualisé et multidisciplinaire des dernières avancées en physique, tous domaines confondus.

The 25th General Congress of the French Physics Society will take place from 8th to 12th July 2019 at the Cité des Congres de Nantes. The General Congress of the French Physics Society offers, every two years, an updated and multidisciplinary panorama of the latest advances in physics, in all fields.
 

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Affiche / Poster Affiche_CG_SFP_2019.pdf

Exposition industrielle ExpositionCGSFP2019_national.pdf

Flyer Flyer_CG_SFP_2019.pdf

La Gazzette / Newletters

• Canard_SFP_jeudi.pdf
• Canard_SFP_mardi.pdf
• Canard_SFP_mercredi.pdf
• Canard_SFP_vendredi.pdf

Liste des résumés des sesssions parallèles et commissions

• 1.1 Les diverses facettes du centre galactique_.pdf
• 1.2 La supraconductivité par couplage électron-phonon_.pdf
• 1.3 Physique hadronique et QCD_.pdf
• 1.4 Mesures de précision avec des peignes de fréquence optiques_.pdf
• 2.1 Ondes gravitationnelles.pdf
• 2.2 Plasmas froids.pdf
• 2.3 Fluides quantiques de lumière.pdf
• 2.4 Fluctuations et biologie.pdf
• 3.1 Quel avenir pour la physique des particules.pdf
• 3.2 Prix Aimé Cotton, physique atomique, métrologie, nano-carbones.pdf
• 3.3 Propriétés remarquables des matériaux topologiques.pdf
• 3.4 Photonique et Sciences du vivant.pdf
• 4.1 Plasmas et accélérateurs 1.pdf
• 4.2 Physique des polymères, de la molécule au matériau.pdf
• 4.3 Simulateurs quantiques.pdf
• 4.4 Science attoseconde.pdf
• 5.1 Plasmas et accélérateurs 2.pdf
• 5.2 La radiochimie théorique.pdf
• 5.3 Métamatériaux.pdf
• 5.4 Physique et origines de la vie.pdf
• 6.1 SPIRAL 2.pdf
• 6.2 Techniques couplées pour l'étude de matériaux.pdf
• 6.3 Nanofibre optique.pdf
• 6.4 Une nouvelle science avec le XFEL.pdf
• Atelier pratique-Ecriture Abstract.pdf
• C 1.1 Nouveaux programmes de lycée.pdf
• C 1.2 Egalite - Parite.pdf
• C 2.1 Le plan national pour la science ouverte.pdf
• C 2.2 Quels liens entre physiciens et historiens.pdf
• C2.3 L'emploi des jeunes docteurs.pdf
• C3.1 Face a la desinformation scientifique.pdf
• C3.2 Physique sans frontière.pdf

lundi 8 juillet

12:00 → 13:30 Accueil des participants

Permanence du secrétariat du congrès

13:30 → 14:30 Cérémonie d'ouverture du congrès: COC

14:30 → 15:15 SP1: Les suspensions de particules actives

Cet exposé est consacré© aux propriétés de suspensions de particules colloïdales qui ne sont pas à l'équilibre thermodynamique, et dans lesquelles apparaissent quelques effets inattendus.

Dans une première partie, je discuterai des mélanges de deux types de particules qui sont chacun en contact un réservoir mais à des températures différentes. On peut considérer ce système comme un modèle pour un mélange de particules colloïdales passives et de bactéries, mais il existe d'autres exemples notamment associés aux chromosomes dans les noyaux des cellules.
La distribution de distance entre deux particules à des températures différentes, satisfaisant une équation de Langevin, est donnée par une loi de Boltzmann avec une température effective. Il y a cependant transfert d'énergie de la particule chaude vers la particule froide. Un résultat surprenant est que l'équipartition de l'énergie n'est pas satisfaite. L'énergie cinétique des particules est donnée par une température effective et non par la température du réservoir. Je discuterai aussi brièvement la conformation de polymères formés en liant entre elles des particules de températures différentes.

A concentration finie, il y a séparation de phase entre deux particules qui ont des températures différentes, même si toutes leurs autres propriétés sont identiques. A faible concentration on peut construire une énergie libre effective qui permet d'étudier le diagramme de phase. Ce n'est plus le cas à plus forte concentration. Nous avons discuté le cas de sphères dures en traitant les interactions comme des interactions de déplétion.

Dans une deuxième partie, je discuterai des particules d'Ornstein-Uhlenbeck qui sont propulsées par une force avec une mémoire finie dans le temps. Ces particules peuvent aussi être considérées comme des modèles très simplifiés de bactéries. A une dimension nous avons étudié© leur comportement dans un potentiel harmonique. Nous avons ensuite utilisé le résultat pour discuter le pompage de ces particules par un potentiel asymétrique ou les forces de déplétion crées par ces particules entre deux plans, qui peuvent être répulsives.

Orateur: Jean-François Joanny (ESPCI et Institut Curie, Paris)

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15:15 → 16:00 SP2: Des réseaux de microcavités pour simuler la matière condensée avec de la lumière

When light behaves as a quantum fluid in semiconductor cavities

When confining photons in semiconductor lattices, it is possible deeply modifying their physical properties. Photons can behave as finite or even infinite mass particles, photons can propagate along edge states without back scattering, photons can inherit interactions and become superfluid. These are just a few examples of properties inspired by condensed matter physics that can be imprinted into fluids of light in semiconductor lattices. Manipulating quantum fluids of light in semiconductor lattices is not only interesting for advanced fundamental studies but also present great promises for applications in photonics.

This talk will present recent developments in this very active research field

Orateur: Jacqueline Bloch (C2N Saclay/Polytechnique)

bloch-SFP-plenary.pdf

16:00 → 16:30 Pause café / coffee break

16:30 → 18:30 Séance Parallèle: 1.1 Les diverses facettes du centre galactique : des abords du trou noir à son environnement plus lointain.

16:30 X-Ray Surveys reveal the past activity of the Galactic Center supermassive black hole and of the nuclear region

Recent X-ray Surveys of the galactic center, performed in particular with XMM-Newton and Chandra, but also with Suzaku, Nu-Star and INTEGRAL, have revealed spectacular features that indicate a strong activity of the nuclear region in the past. On short timescales (< 1000 yr ago) the past activity is revealed by echoes of the non-thermal emission, probably emitted by the supermassive black hole of the Galaxy, Sgr A*, and reflected towards us with a certain delay by the dense clouds of the central molecular zone. On much longer time scales the nuclear activity is instead revealed by lobes and chimneys of hot gas that extend out perpendicular to the plane and even reconnect the base of the large "Fermi Bubbles" to the galactic center region, showing the probable channel through which energy and matter were injected from this region to these mysterious gamma-ray bubbles that expand over more than 10 kpc each side of the Milky Way towards the galactic poles.

Orateur: Andrea Goldwurm (CEA/IRFU/SAp-Saclay; APC-Paris)

goldwurm_SFP.pdf

17:00 X-ray news from the supermassive black hole Sgr A*

Sgr A, located at the dynamical center of the Milky Way, is closest supermassive black hole. Surrounding Sgr A at about 30", the torus of neutral gas named the CircumNuclear Disk (CND) was detected in X-rays for the first time. We deduced that the CND rather acts as a barrier for the Galactic Centre plasma. Despite its very low luminosity, Sgr A experiences a flaring activity that can be observed in infrared, X-ray, and submillimeter wavelengths. However, the origin of such flares is still debated. Recently, we have conducted a study of the X-ray flaring activity of Sgr A considering the overall flares observed with XMM-Newton, Chandra and Swift telescopes since 1999. We have shown that the activity of the supermassive black hole has changed since 2013 whereas it was constant since 1999: the flaring rate of the brightest flares increased while the flaring rate of the less luminous flares decreased. This change in the flaring activity could be explained by a change in the mass-accretino rate or a change in the distribution of relativist electrons.

Orateur: Enmanuelle Mossoux

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17:30 GRAVITY: seeing black holes

The GRAVITY instrument has been installed on the VLTI in 2015 with the
goal of probing the space-time metric near SgrA*, the black-hole at the
Galactic Center, through the orbits of stars at a few light hours and
material very near the event horizon. Those goals have been reached in
2018. I will recall the history of Galactic Center research in the past
fifty years, describe the GRAVITY instrument and present those
tantalizing results.

Orateur: Thibaut Paumard (LESIA - CNRS/Observatoire de Paris)

gravity.pdf

18:00 Modeling quiescent and flaring states of Sgr A*

The Galactic center black hole Sgr A is known to exhibit regularly flares of radiation, during which Sgr A flux gets brighter by a factor of up to ~10 with respect to the quiescence. The physical origin of these flares is thus far only weakly constrained.

In this talk, I will present a new model for the quiescent state of Sgr A, based on the superimposition of a thick torus and a large-scale jet. This model allows to account for spectral and VLBI data from the radio to the infrared. I will also discuss a model for Sgr A flares based on the trigerring of a Rossby-wave instability in the accretion flow surrounding the black hole. I will discuss how GRAVITY data can help determine what model is correct.

Orateur: Frederic Vincent (Observatoire de Paris / LESIA)

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16:30 → 18:30 Séance Parallèle: 1.2 La supraconductivité par couplage électron-phonon dans les composé à éléments legers: vers la temperature ambiante?

16:30 Insulator-to-metal transition in high-pressure YbH2

Ytterbium dihydride (YbH$_2$) shows a well-known transition at 16 GPa from a CaH$_2$-type structure to a high-pressure (high-P) phase with Yb at hcp sites and H(D)-positions, determined for the first time in this work by neutron diffraction up to 34 GPa. It is the highest pressure at which a structure was ever solved by neutron diffraction. This gives us the chance to compare the accuracy of the most used theories in the geometry prediction of hydrides. We demonstrate by first-principles DFT calculations that the transition is related to a change from a completely filled f-electron configuration to a fractional f-hole (0.25 h) occupation in the high-P phase. The f-d charge transfer closes the gap at the transition and leads to a metallic ground state with sizeable electron-phonon interaction involving out-of-plane vibrational modes of interstitial hydrogen.

Orateur: Dr Michele Casula (CNRS and IMPMC, SU, Paris)

17:00 Superhydrides and room-temperature superconductivity: an experimental viewpoint

Over the past decade, calculations have unveiled a novel view on the chemical combination of hydrogen with metals1): hydrogen solubility in metals should drastically increase under pressure heading to the stability of hydrides with nontraditional stoichiometry, named superhydrides. These hydrogen rich systems become metallic at lower pressure than expected for metallic hydrogen, the ultimate hydride. A rich variety of hydrogenic sublattices composed of H-, H2, H3 or cage units should be stabilized and, remarkably, these superhydrides form a novel class of high-Tc superconductors. At first, this line of research was essentially based on computations2). Now, few superhydrides have been synthesized such as LiH63), FeH54), LaH105) and record superconductivity measured, respectively 200K for H3S6) and 250 K for LaH107).
In this talk, we will review the discovery of superhydrides. How they are synthesized and characterized under very high pressure in the diamond anvil cell. Various data on the superhydrides of the elements will be presented, mainly focused on the structures and the stoichiometry. Prospects towards materials design and screening to discover an ambient temperature-ambient pressure superconductive superhydride will be discussed.

Orateur: Paul Loubeyre (CEA/DIF/DPTA)

17:30 A New Superhard Nitride Superconductor

We report the discovery of superconductivity in a new family of orthorhombic Tantalum nitride synthesised under high pressure and stable after pressure releasing, with a superconducting transition temperature T$_c$ of 3K at ambient pressure, that reaches 9~K at 18~GPa. This compound exhibits a unique combination of structural and electronic properties, with a very high hardness combined with a significant ductility and high fracture toughness together with a superconducting phase. Interesingly, low oxygen content has been detected with a large effect on the T$_c$. This potential doping effect together with potential superconducting coupling via light element nitrogen ions phonons and strong covalent bonds makes this new family promising for the search of high-T$_c$ light-element-based superconductors.

Orateur: Dr Marie-Aude Méasson (CNRS-Insitut Néel)

17:50 Magnétométrie à haute pression avec les centres NV en cellule à enclumes de diamant

La cellule à enclumes de diamant permet d'atteindre des pressions supérieures au mégabar et rend possible la synthèse de matériaux remarquables, dont des super-hydrures de métaux présentant une supraconductivité à très haute température. Un grand nombre de phases a ainsi été prédit par la simulation. Deux expériences récentes ont confirmé des températures critiques record dans l'hydrure de soufre ($T_c$= 203 K à 150 GPa) [1] et l'hydrure de lanthane ($T_c$ = 260 K à 180 GPa) [2]. Cependant, la caractérisation non ambigüe de la supraconductivité d'un échantillon micrométrique confiné à haute pression représente un défi expérimental qui limite l'exploration systématique des phases prédites.

Nous avons développé une méthode de caractérisation optique et in situ du magnétisme, basée sur les centres colorés azote-lacune (NV) du diamant [3]. Les centres NV sont créés à la surface de l'enclume diamant, au contact de l'échantillon, pour une détection directe du champ magnétique créé par le matériau. Nous illustrons la pertinence de cette méthode sur deux exemples : l'évolution en pression de l'aimantation d'une bille de fer jusqu'à 30 GPa avec la disparition du ferromagnétisme, et la détection de la transition supraconductrice de $\rm{MgB}_2$ à 7 GPa.

[1] A.P. Drozdov et al, Nature 525, 73–76 (2015).
[2] M. Somayazulu et al, Phys. Rev. Lett. 122, 027001 (2019).
[3] M. Lesik et al, arxiv 1812.09894 (2018).

Orateur: Dr Margarita Lesik (Laboratoire Aim ́e Cotton, CNRS, Univ. Paris-Sud, ENS Cachan,Universit ́e Paris-Saclay, 91405, Orsay Cedex, France)

16:30 → 18:30 Séance Parallèle: 1.3 Physique Nucléaire: Physique hadronique et QCD

16:30 Probing the Quark-Gluon Plasma with hard probes

Heavy-ion collisions are the experimental tool to study the Quark-Gluon Plasma (QGP) in the laboratory. The particles produced that steam till the detectors are the observables to characterize it. In particular, hard probes carry information on the first stages of the collision: the equilibration process, the QGP and its transition. Selected measurements will be presented.

Orateur: Zaida Conesa del Valle (IPN Orsay)

ZCdV_SFP_2019.pdf

16:54 Double parton scattering and partonic structure of the proton

We present the main results on the so called double parton distribution functions (dPDFs), accessible via double parton scattering processes (DPS) in high energy p-p and p-A collisions. These new and almost unknown quantities represent a new and complementary tool, w.r.t. GPDs,to explore the 3D structure of the proton. However, at variance w.r.t. GPDs,they encode information on two parton correlations. In our studies, we used model calculations to study the impact of correlations in dPDFs. We discuss dPDF calculations within the Light-Front approach with constituent quark models (CQM). We showed how correlations, induced by the model, prevent the factorization of dPDFs in terms of PDFs, a common assumpation in experimental analyses. We also studied how correlations affect a fundamental ingredient used in experimental studies, the so called $\sigma_{eff}$. To this aim, dPDFs have been evolved at high momentum scales through the pQCD evolution procedure and then used to calculate $\sigma_{eff}$. The main evidence of correlations is represented by the $x$ dependence of $\sigma_{eff}$, being $x$ the longitudinal momentum fraction carried by a parton. We also calculated the DPS cross section for the same sign $W$ pair production process using dPDFs evaluated within a CQM. We showed that correlations could be observed in next LHC run. We also demonstrated how the mean value of $\sigma_{eff}$ can be related to the mean distance between two parton active in a DPS process.

Orateur: Dr Matteo Rinaldi (Dipartimento di Fisica e Gelogia. Università degli studi di Perugia. INFN section of Perugia.)

17:18 Exploring the partonic phase at finite chemical potential within heavy-ion collisions

We study within the Parton-Hadron-String Dynamics (PHSD) transport approach the partonic sector by explicitly calculating the differential partonic scattering cross sections (and transport coefficients) as a function of temperature $T$ and baryon chemical potential $\mu_B$ based on the dynamical quasi-particle model (DQPM) that is matched to reproduce the equation of state of the partonic system above the deconfinement temperature $T_c$ from lattice QCD. We also illustrate the values of temperature and chemical potential which are probed in heavy-ion collisions as a function of time and rapidity. We find that hadronic observables from central A+A collisions in the energy range 5 GeV ≤ $\sqrt{s_{NN}}$ ≤ 200 GeV, including ($T,\mu_B$)-dependent cross sections and parton masses, do not differ very much from the ones obtained using a vanishing $\mu_B$ dynamics. The conditions to study the properties of the QGP phase are only fulfilled at high bombarding energies where $\mu_B$ is however rather low at midrapidity. On the other hand, with decreasing the bombarding energy and, thus, increasing $\mu_B$, the hadronic phase becomes dominant and accordingly, it would be difficult to extract signals from the partonic dynamics only based on "bulk" observables.

Orateur: Pierre Moreau (Institute for Theoretical Physics - Goethe University Frankfurt)

P.Moreau_SFP_Nantes_08.07.2019.pdf

17:36 Direct photon measurements in different collision systems with the ALICE experiment at the LHC

Direct photon measurement in heavy-ion collisions provides a valuable set of observables to study the hot QCD medium since these photons are produced at different stages of the collision and escape the medium unaffected. In proton-proton collisions, the direct photon yield at high transverse momentum ($p_\text{T}$) is fed by hard scattering processes (prompt photons) but also fragmentation of high-$p_\text{T}$ partons. Their measurement allows one to test pQCD calculations and can constrain parton distribution functions. The access to the prompt photon production can be achieved experimentally with isolation techniques.

In heavy-ion collisions (e.g., proton-lead and lead-lead), the high-$p_\text{T}$ component provides information on the initial parton dynamics and parton densities in nuclei, whereas the low-$p_\text{T}$ component (below $3\,\text{GeV}/c$) of the direct photon production could be dominated by thermal radiation from the hot and dense matter formed, carrying information on its space-time evolution and temperature. The study of isolated photons and their correlations (with hadrons and jets) is also a very promising observable to study the medium-induced parton energy loss in hadron collisions.

In this talk, we will present the latest ALICE results on direct (isolated) photons and their correlations in different collision systems.

Orateur: Erwann Masson (Subatech, IN2P3-CNRS)

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17:54 De la mesure des sections efficaces hadroniques dans BABAR à la prédiction de g-2 du muon

La collaboration internationale BABAR poursuit un programme exhaustif de mesures des sections efficaces de production d’états hadroniques dans les annihilations électron-positon à basse énergie. Ces mesures permettent d’améliorer substantiellement la précision sur la prédiction de la valeur du moment magnétique anomal g-2 du muon, dans un contexte où la valeur mesurée et la valeur prédite de g-2 sont en désaccord à environ trois écarts standard. Nous présenterons les derniers résultats de mesures de sections efficaces de production par la collaboration BABAR, concernant des canaux exclusifs contenant des mésons légers, pions, kaons et mésons êta, dans l’état final. Obtenus sur le lot complet de données, ils utilisent le phénomène de radiation dans l’état initial pour couvrir une large gamme d’énergie.

Orateur: Georges Vasseur (CEA, IRFU, SPP)

vasseur-sfp.pdf

18:12 Quarkonium physics in heavy ion collisions and its open quantum system description

The theory of elementary particles (Standard Model) predicts the existence of a new state of matter at extreme temperatures ($\sim 10^{12}$ K): the Quark-Gluon Plasma (QGP). The QGP is mainly composed of "free" quarks and gluons, the elementary components of baryonic matter usually confined into nucleons. It may have filled the Universe up to few milliseconds after the Big Bang and can be, in theory, re-produced in high energy heavy ion colliders. The expected life-time ($\sim 10^{-21}$ s) and size ($\sim 10^{-15}$ m) of the QGP "drops" created in these experiments are really small, making its study a great challenge. First evidences of QGP production were reported by the CERN SPS in 2000 and is, since then, under deep investigation. It was f.i. shown to be a nearly perfect fluid and its hadronisation almost statistical. One of the main QGP signature and probe beyond this hadronisation is the suppression of the quarkonia (heavy quark/antiquark bound states), i.e. a decrease of their detected production in comparison to proton-proton collisions in which no QGP is possible or significant. This suppression was predicted as a consequence of deconfinement enabling a temperature dependent "Debye" screening of the tightly bound quarkonia. The present communication gives an overview of quarkonium physics in heavy ion collisions with a special focus on the open quantum system treatment of their dynamics, an interdisciplinary framework recently applied by various authors of this field.

Orateur: Roland Katz (subatech)

Katz SFP 2019 Quarkonia Open Quantum Systems.pptx

16:30 → 18:30 Séance Parallèle: 1.4 Mesures de précision avec des peignes de fréquences optiques

16:30 Spectroscopie par peignes de fréquences.

Un peigne de fréquences est un spectre étendu composé de raies laser fines et équidistantes. Initialement inventés pour la métrologie des fréquences, les peignes de fréquences inspirent de nouvelles approches [1] à la spectroscopie à large bande spectrale. Les performances de spectromètres existants, comme les spectrographes à dispersion croisée ou les spectromètres de Fourier basés sur l’interféromètre de Michelson à balayage, peuvent être significativement améliorées par l’usage d’une source à peigne de fréquences. Une nouvelle classe d’instruments, comme les spectromètres statiques à deux peignes, permet des mesures rapides et exactes sur de larges plages spectrales. L’étalonnage direct de l’échelle de fréquences sur une horloge atomique et une contribution négligeable de la forme de raie instrumentale au profil des transitions promettent la détermination exacte de tous les paramètres spectraux, pour des comparaisons rigoureuses aux théories de physique atomique et moléculaire. Les futurs spectromètres à peignes de fréquences sur puce pourraient, quant à eux, fournir des instruments compacts pour la détection en temps réel en chimie analytique ou en biologie.
A l’aide de quelques exemples sélectionnés parmi les travaux récents de mon groupe, j’illustrerai certains des aspects marquants du domaine émergent de la spectroscopie atomique et moléculaire par peignes de fréquences.

[1] N. Picqué, T.W. Hänsch, Frequency comb spectroscopy, Nature Photonics 13, 146–157 (2019).

Orateur: Dr Nathalie Picqué (MPI of Quantum Optics)

17:00 Les peignes de fréquences et le domaine THz

Le rayonnement Térahertz (THz) appartient à un intervalle de fréquence compris entre 100 GHz (3mm) et 10 THz (30 micromètres). L’une des applications majeures de cette bande spectrale reste la spectroscopie THz à haute résolution qui exige à la fois précision et pureté spectrale associée à une couverture spectrale la plus étendue possible. Ces exigences incitent comme dans d’autres domaines spectraux à l’utilisation de peignes de fréquences de diverses natures. Sans vouloir être exhaustif, plusieurs exemples d’utilisations et/ou de caractérisations de peignes de fréquences seront proposés dans un objectif de mener des investigations dans le THz. La présentation se focalisera sur :
* Un « synthétiseur THz » développé au LPCA qui s’avère très largement accordable (100 - 3000 GHz) qui exploite un peigne de fréquence optique pour une atteindre une métrologie de fréquence compatible avec la spectroscopie THz haute résolution
* La nature discrète du rayonnement synchrotron cohérent qui forme un peigne de fréquence d’une exceptionnelle densité, et ouvre ainsi de nouvelles perspectives

Orateur: Dr Gaël Mouret (Université du Littoral Côte d'Opale)

17:15 Spectroscopie d’indice de réfraction complexe en cavité par peigne de fréquence optique pour la mesure de bandes d’absorption moléculaires entières.

Les cavités Fabry-Perot sont très sensibles à l’absorption et à la dispersion moléculaires car la position, la largeur et l’amplitude des modes de résonances sont affectés par la variation de l’indice de réfraction moléculaire complexe. De plus, le décalage en fréquence et l’élargissement des modes sont directement proportionnels aux parties réelles et imaginaires de l’indice de réfraction, tout en étant indépendants des paramètres de la cavité (longueur, finesse) ce qui réduit considérablement l’influence des erreurs systématiques. Les démonstrations précédentes de spectroscopie d’indice de réfraction en cavité étaient basées sur des lasers continus, ce qui les limitait à la mesure d’une seule raie d’absorption. En utilisant un peigne de fréquence Erbium en combinaison avec un spectromètre à transformée de Fourier à résolution sous-nominale, nous avons mesuré le spectre transmis par une cavité contenant 1% de CO$_2$ dilué dans 750 Torr de N$_2$ sur 130 nm autour de 1550 nm. Les spectres de dispersion et d’absorption, couvrant l’intégralité de la bande 3ν$_1$+ν$_3$ de CO$_2$, sont obtenus de la position et largeurs des modes de cavité. Les spectres ainsi obtenus s’accordent à 0.6% sur la valeur de la concentration, démontrant que cette approche permet une caractérisation précise et large bande des modes de résonance d’une cavité ainsi que la détermination absolue des parties réelles et imaginaires de bandes d’absorption entières.

Orateur: Lucile Rutkowski (CNRS - Institut de Physique de Rennes)

17:30 Comparaison internationale d’horloges atomiques : que révèlent 18 chiffres significatifs ?

Une nouvelle génération d’horloges atomiques, basées sur les transitions optiques de diverses espèces (strontium, mercure …), permet de réaliser des références de fréquence avec une incertitude relative de quelques 10-18, surpassant ainsi déjà l’incertitude de la définition actuelle (césium) d’un facteur 100. L'extraordinaire résolution statistique de ces horloges optiques ouvre pour différentes disciplines des perspectives inédites : recherche d’une variation des constantes fondamentales, tests d’invariance de Lorentz, recherche de matière noire, géodésie chronométrique … Pour comparer ces dispositifs, voire synchroniser leurs cycles d’opération, les peignes de fréquence sont un outil essentiel : ils mesurent les rapports de fréquences entre horloges et sont à l’interface avec les moyens de comparaison, comme le lien optique fibré Européen qui distribue une référence unique à 1542 nm sur le continent.

Nous présenterons la capacité de mesure à base de peignes de fréquence et de liens optiques compensés mise en place à l’Observatoire de Paris, ainsi que les résultats des comparaisons locales et internationales. Nous verrons notamment quels sont les contraintes obtenues sur une possible dérive des constantes fondamentales ou sur la matière noire. Enfin, nous discuterons des perspectives futures, comme la redéfinition de la seconde et la mission spatiale PHARAO-ACES.

Orateur: Rodolphe Le Targat (: LNE-SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, 61 avenue de l’Observatoire Paris, France)

18:00 High-precision mid-infrared spectroscopy with a widely tunable SI-traceable frequency-comb-stabilised QCL

There is an increasing demand for precise molecular spectroscopy, in particular in the mid-IR fingerprint window, whether it be for modelling our atmosphere, interpreting astrophysical spectra or testing fundamental physics. We present a high-resolution mid-IR spectrometer traceable to primary standards providing a unique combination of resolution, tunability, detection sensitivity and frequency control. A 10µm quantum cascade laser (QCL) is phase locked to an optical frequency comb stabilized to a remote 1.5µm ultra-stable reference located at the French national metrological institute. This signal is monitored there on atomic frequency standards and transferred via a noise-compensated fibre link. This results in a ~0.1Hz QCL linewidth, a stability below 10$^{-15}$ from 0.1 to 10s and a frequency uncertainty below 4×10${-14}$ 1. The spectral range covered is ~100GHz, limited by the spectral window of the QCL used and we have demonstrated continuous tunability over a span of ~1 GHz. We have used the apparatus to carry out saturated absorption spectroscopy in compact multipass cells and few-meter-long Fabry-Perot resonators, and demonstrate record sub-10kHz uncertainties on rovibrational frequencies of various species of interest for space and atmospheric physics, and for testing fundamental physics.
1 Argence et al, Nature Photon 9, 456 (2015); Santagata et al, Optica 6, 411 (2019)

Orateur: Benoît Darquié (Laboratoire de Physique des Lasers, Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité, CNRS, Villetaneuse, France)

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18:15 Phase transfer by a frequency comb for three-photon coherent population trapping

One of the applications of an optical frequency comb is the phase coherence transfer between lasers of very different wavelengths. In our experiment we use an offset-free optical frequency comb to reduce the relative phase fluctuations of three different lasers (1). We take advantage of this phase coherence to build a stable dark state (2) based on three-photon coherent population trapping (CPT) in a cloud of trapped Ca$^{+}$ ions. When fulfilled, the three-photon resonance condition is observed as a dark resonance in the laser induced fluorescence and offers a highly resolved line referenced to the $\mid D_{3/2}\rangle$ and $ \mid D_{5/2}\rangle$ transition at 1.82 THz (see fig.1). Based on our first observations, the expected performances in view of a high precision measurement will be presented.

Orateur: Cyril Chatou (Aix-Marseille université)

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18:30 → 19:00 Inauguration: Remise des 2 grands prix internationaux: Friedel - Volterra et Gentner Kastler

19:00 → 20:00 Inauguration: Cocktail d'inauguration

mardi 9 juillet

08:00 → 08:30 Accueil des participants

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 2.1 Ondes gravitationnelles et contreparties électromagnétiques

08:30 L'avènement de l'astrophysique multi-messager avec les ondes gravitationnelles

Le 17 août 2017, LIGO et Virgo détectaient l'onde gravitationnelle issue de la fusion de deux étoiles à neutrons. Cette détection s'accompagna, dans les secondes, les heures et les mois qui suivirent, de l'observation en cascade des ondes électromagnétiques émises par cette même source dans une large gamme de longueurs d'onde, des ondes radio aux rayons gamma. Ceci en fait le premier phénomène astrophysique observé à la fois par son rayonnement gravitationnel et électromagnétique. Cette double observation est riche en implications, en premier lieu, pour la phénomélogie des sursauts gamma, mais aussi en cosmologie et en physique fondamentale. Nous passerons en revue les résultats obtenus par le biais de cette découverte majeure et décrirons les perspectives offertes par les prochaines campagnes d'observations de LIGO et Virgo.

Orateur: Eric Chassande-Mottin (CNRS AstroParticule et Cosmologie)

Presentation_SFP_2019_Eric_Chassande-Mottin.pdf

09:00 Localizing Gravitational Wave Events for Electromagnetic Followup

Multi-messenger astronomy demands that gravitational wave observers quickly report the location of events so that astronomers can point their telescopes in time. However, this is made challenging by the otherwise-useful fact that gravitational wave observatories pick up signals from many directions at once. Getting an accurate location for an event requires detecting it at multiple sites, and using the arrival times to triangulate the direction. We will discuss how we detect gravitational waves from compact binary systems in LIGO/Virgo data, and how we use that information to estimate the source's sky-direction.

Orateur: Orion Sauter (Virgo)

SFP-Presentation.pptx

SFP-Presentation-Sauter.pdf

09:40 Multi-messengers at ultra-high energies with the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Observatory (PAO) is an Ultra High Energy Cosmic Rays (UHECRs) detector studying cosmic particles with energies above and around 10$^{18}$eV since almost 20 years. It has proved to be the most competitive instrument at these energies and has produced a wealth of valuable results, improving our understanding of UHECRs.

A complete understanding of these highest energy particles is crucial to understand the extreme astrophysical events in which they are produced and accelerated, as well as their propagation to Earth.
In the same range of energies, UHE photons and neutrinos are of paramount importance as, being electrically neutral, they point back to their origin while charged particles are deflected in the galactic and extragalactic magnetic fields.

The flux of extragalactic photons, neutrinos and cosmic rays are believed to be highly linked, by their origin and their interactions. Each messenger provides different information about the potential sources, and having detection means for all four messengers, including gravitational waves, allows us to shed light on energetic sources of astroparticles.

The PAO benefits from a large exposure and a good angular resolution, and is efficient in detecting UHE photons and neutrinos. These performances make possible the follow-up searches for events detected by gravitational waves, such as the binary mergers observed by the LIGO/Virgo detectors, or any other energetic sources of particles.

Orateur: M. Julien Souchard (LPSC)

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10:00 L’origine des éléments et d’autres implications de la détection des ondes gravitationnelles pour la physique nucléaire

La fusion des étoiles à neutrons révélé par l’évènement GW170817 nous a enfin donné un premier aperçu du site du processus de capture rapide de neutrons qui crée la plupart de nos éléments lourds. L'association du sursaut gamma et les observations optiques révélant un « kilonova » a donc mis fin à 60 ans de spéculation sur le site du processus r.

La modélisation du processus r nécessite une énorme quantité d’ingrédients de la physique nucléaire: essentiellement toutes les propriétés de l'état fondamental de pratiquement tous les nucléides riches en neutrons, dont la plupart ne seront jamais produites en laboratoire! Ces propriétés sont nécessaires pour calculer les taux des différentes réactions ayant lieu lors de la fusion. Un autre apport important de la physique nucléaire aux étoiles à neutrons (et à leur éventuelle coalescence) est l’équation d’état de la matière neutronique - probablement la plus dense de l’univers. L'équation d'état, combinée à la connaissance des énergies de liaison nucléaires, détermine la composition de la croûte externe d'une étoile à neutrons et la relation entre son rayon et sa masse. De plus, l’équation d’état conditionne le signal transitoire d’ondes gravitationnelles, y compris la relaxation après la fusion.

Cette contribution décrira le processus r, donnera un aperçu des modèles nucléaires ainsi que des installations dédiées à la production d’espèces radioactives, et mettra en lumière certains résultats récents d'intérêt astrophysiques.

Orateur: David Lunney (CNRS/IN2P3)

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08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 2.2 Plasmas Froids: Diagnostics, Procédés et Applications

08:30 Nouveaux concepts en propulsion électrique pour engins spatiaux

Les particules chargées générées dans une décharge par l’ionisation d’un gaz neutre (ergol), c’est à dire la création d’ions positifs et d’électrons par collisions entre des électrons énergétiques et des atomes du gaz, ensuite accélérées par des champs appliqués ou induits électromagnétiques permettent d’exercer une force sur l’engin spatial appelée poussée. Ces propulseurs à plasma ou électriques sont surtout utilisés pour le maintien à poste et le contrôle d'attitude des satellites géostationnaires de télécommunications. Demain, ils devront permettre de réaliser des manœuvres de transferts d'orbites et devront équiper des satellites de toutes tailles, des plus petits, de quelques kilogrammes, aux plus gros, de plusieurs tonnes. Par ailleurs, leur utilisation croissante sur des sondes d’exploration du système solaire demande aussi plus de versatilité afin de réaliser un ensemble de tâches nécessaires à la bonne marche de la mission (échapper à l’attraction terrestre, croisière et mise en orbite autour de l’astre étudié). Les configurations actuelles de moteurs électriques ne permettant actuellement pas de répondre à ces attentes, de nouveaux concepts où la génération du plasma et l’accélération des ions se font dans deux chambres distinctes sont en train de voir le jour. Après avoir revisité les concepts utilisés en propulsion électrique, nous illustrerons un concept de moteur double-étage original, proposé et étudié au laboratoire LAPLACE, à Toulouse.

Orateur: laurent garrigues (Laplace)

Garrigues_nouveaux-concepts.pdf

09:00 Intérêt des transitions résonnantes en spectroscopie pour les plasmas froids atmosphériques : diagnostic des ondes d’ionisations et de micro-cavités

L’émission radiative est un phénomène de transfert d’énergie inhérent aux décharges dans un gaz. Souvent très complexes, les spectres lumineux émis par les plasmas résultent– en théorie – de la manifestation de l’intégralité des mécanismes sous-jacents de la décharge. La spectroscopie d’émission optique a pour objectif de tirer parti de ces spectres s’étalant du domaine ultra-violet à l’infra-rouge en passant par le visible. Cette approche apporte l’énorme avantage d’être un diagnostic passif, c’est-à-dire évitant toute perturbation du milieu excité à étudier.
Cette contribution propose de faire une mise au point sur les phénomènes d’élargissement de pression de raies atomiques observés dans les plasmas froids à la pression atmosphérique. L’intérêt des transitions de type résonnantes sera plus particulièrement développé afin de mesurer des paramètres essentiels à la compréhension des mécanismes plasmas et à leurs applications dans des procédés.
Ce diagnostic est présenté au travers de son application aux micro-cavités plasma (MHCD) réalisées sur substrat de silicium et fonctionnant en régime d’excitation continue (DC). Ici l’analyse de profils de raies résonnantes est utilisée pour déterminer la température du gaz neutre. Appliquée dans le cas de source de type jet plasma, cette méthode permet de caractériser l’interaction entre les ondes d’ionisations guidées et les phénomènes hydrodynamiques induits sous l’action de forces électro-hydrodynamiques (EHD).

Orateur: Dr Sylvain Iseni (GREMI UMR7344 CNRS Univ. Orleans)

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09:15 Analyse et caractérisation vectorielle de champ électrique à l'aide d'une sonde électro-optique dédiée aux diagnostiques de plasmas froids

Les décharges à barrières diélectriques(DBD)constituent un dispositif permettant de générer des plasmas hors équilibre thermodynamique à la Patm avec des températures de neutre proche de l’ambiant.Ces DBD génèrent des ondes d’ionisations(OI) et sont exploitées dans un large éventail d’applications qui nécessitent la caractérisation des paramètres de décharges et des propriétés du plasma.Ici, nous nous proposons de mesurer le champ électrique E rayonné par l’OI tout au long du processus de génération.La courbe I(V) est généralement mesurée[1], mais ne suffit pas pour une analyse exhaustive quant à la densité électronique, elle reste faible~1013cm-1 et difficile à mesurer.Pour cela,nous avons développé une sonde électro-optique(EO) entièrement diélectrique basée sur l'effet Pockels[2].Cette sonde, associée à un banc de mesure optoélectronique, est sensible à une composante de E, et permet la caractérisation en temps réel de signaux allant de 10 Hz à quelques GHz. La dynamique et la sensibilité de la sonde permettent une caractérisation avec une réponse linéaire de champs allant de quelques 10mV/m à plusieurs 10 MV/m, et ce avec une résolution spatiale submillimétrique.
Lors de la conférence,nous présenterons la mesure en temps réel des composantes longitudinale et radiale du E rayonné par le plasma, et dont l’analyse a permis d’observer le changement de comportement électrique des DBD lors du claquage.Les résultats expérimentaux seront comparés à la théorie et aux simulations

Orateurs: Mlle Farah ALJAMMAL (IMEP-LAHC, Univ Savoie Mont Blanc, France ), Dr Gwenaël GABORIT (IMEP-LAHC, Univ Savoie Mont Blanc, France ), Dr Gwenaël GABORIT (KAPTEOS, Alpespace, Sainte-Hélène du Lac, France), Dr Maxime BERNIER (IMEP-LAHC, Université Savoie Mont Blanc, France), Dr Sylvain ISENI (GREMI, Université d'Orléans, France), M. Guillaume REVILLOD (KAPTEOS, Alpespace, Sainte-Hélène du Lac, France), Prof. Lionel DUVILLARET (KAPTEOS, Alpespace, Sainte-Hélène du Lac, France)

Talk Farah ALJAMMAL -Congrès de Nantes.pdf

09:30 Source de rayonnement idéale créée par laser pour une révolution dans le domaine analytique

Les plasmas en équilibre thermodynamique local sont généralement caractérisés par des gradients de température et de densités, rendant leur diagnostic difficile. Nous montrons que le plasma produit par ablation laser peut constituer une exception à cette règle et combiner les deux propriétés qui caractérisent une source de rayonnement idéale : l’équilibre et l’uniformité spatiale.
Cette source ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des plasmas et leurs applications grâce à une modélisation précise du spectre d’émission. Dans le domaine analytique, elle ouvre la voie vers la mesure directe de la composition élémentaire des matériaux, sans nécessité d'un étalonnage préalable à l’aide de références dont la composition doit être proche du matériau à analyser. A titre d’exemple, cette approche a permis d’analyser la composition de couches minces avec des performances analytiques supérieures à celles de techniques standards [i].

Nous présentons les propriétés de cette source de rayonnement et nous discutons les perspectives pour l’analyse des matériaux.
[i] J. Hermann, E. Axente, F. Pelascini, V. Craciun, Anal. Chem. 91, 2544 (2019)

Orateur: Jörg Hermann (CNRS LP3 UMR 7341)

09:45 Modelling and simulation of Cl2 plasma and mixtures: application to the material etching

Cl2 plasma has been widely used to perform etching of different materials. Nowadays, it serves as an etchant for silicon, III-V compounds or metals (Co, Fe, Ni). Recently, Atomic Layer Etching of noble metals was studied. Plasma mixtures shows a great interest to perform these processes. In this study, we have developed a plasma kinetic model using a global approach for a complex chemistry Cl2/(O2-N2-BCl3)/Ar. This approach helps to understand evolution of electrical parameters such as electronic density and temperature and ion densities. Due to high importance of sputtering in etching processes, these data have great importance to estimate the evolution of the etched surface exposed to the plasma. Otherwise, the analyze of the neutral reactive species such as Cl and O leads to know more about the chemical etching of metals in comparison to the physical sputtering by ion bombardment. Indeed, formation of volatile compounds onto the surface is a major point to perform plasma etching with high etching rate. In some cases, formation of surface sites by adsorption of Cl atoms is not sufficient. Adsorption of atomic oxygen would activate the chemical desorption by creating volatile species. However, because of the lack of some data concerning the plasma kinetic as the reaction kinetic coefficients, and surface parameters as the loss probability coefficients on the surface of reactive neutral species, their estimation requires the comparisons with experimental results.

Orateur: Guillaume Le Dain (Institut des Matériaux Jean Rouxel)

Presentation_SFP_09_07_2019_GLD_v2.pdf

10:00 Développement d’un diagnostic de spectro-tomographie pour les plasmas

Les plasmas froid magnétisés sont présents dans de nombreuses applications : propulseurs à effet Hall, sources d'ions, pulvérisation de plasmas, jauges Penning. Leur optimisation nécessite le développement de diagnostics non intrusifs permettant l'observation de plasmas non stationnaires et spatialement inhomogènes. La spectro-tomographie est particulièrement intéressante puisqu'elle donne accès à l'évolution temporelle de spectres 2D résolus spatialement en combinant les avantages de la spectroscopie d'émission (résolution spectrale) et de la tomographie (résolution spatiale).
L'expérience MISTRAL produit une colonne de plasma magnétisé stable de 1 m de long et 20 cm de diamètre. La large gamme de paramètres accessibles (n_e = 10^8-10^11 cm-3 - T_e = 0,5-10 eV), la reproductibilité et l’accessibilité des plasmas produits dans MISTRAL sont idéales pour le développement de nouveaux diagnostics.
Nous développons actuellement un diagnostic de spectro-tomographie sur l’expérience MISTRAL afin de mesurer les paramètres d’une colonne de plasma 1 qui consiste en 49 lignes de visée collimatées couplées à un spectromètre imageur visible et à une caméra EMCCD. Les mesures 2D de la densité électronique et de la température du plasma sont présentées.

Réf.
1 R. Baude et al., 2nd ECPD conf., Bordeaux, France (2017) ; P. David et al., 12th FLTPD conf.,Zlatibor, Serbia (2017).

Orateur: Alexandre Escarguel (Laboratoire PIIM, UMR 7345 Aix-Marseille Université / CNRS)

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10:15 Procédés respectueux de l’homme et de l’environnement assistés par aérosols pour le dépôt de matériaux nanocomposites

Les revêtements nanocomposites apportent des propriétés multifonctionnelles (anti-UV, hydrophobes et inrayables…). Elles sont liées aux propriétés de la matrice et des paramètres des nanoparticules (taille, forme, dispersion…). L’agrégation des nanoparticules est un paramètre qui affecte fortement les propriétés finales.

Les nanotechnologies génèrent des inquiétudes sur la santé et l’environnement. Des outils sont mis en place pour maîtriser les risques par une règlementation renforcée qui conduit à des mesures de restriction ou d’interdiction. Cette interdiction impacterait directement la recherche et le développement des nanocomposites et limiterait les développements technologiques et économiques. Il est donc nécessaire de développer des méthodes respectueuses de l’homme et de l’environnement.

Dans ce cadre, nous avons breveté et développé le concept de réacteur-injecteur. Ce dispositif permet de synthétiser des nanoparticules avant leur injection en aérosol dans le procédé de mise en forme en aval. Il peut être couplé à des procédés en voie humide ou en voie sèche. Par exemple, couplé à un procédé plasma basse pression, il permet d’obtenir des couches minces formées de nanoparticules d’oxydes métalliques cristallins de petite taille (6 nm) isolés et dispersés de façon homogène dans la matrice. Nous montrerons que ce procédé nécessite des études préalables pour optimiser l’ensemble des étapes (de l’injection de la phase plasmagène jusqu’aux propriétés finales).

Orateur: Guillaume Carnide (1. Laboratoire Chimie de Coordination, CNRS (France), 2. Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie, Université de Toulouse – CNRS - Toulouse (France), )

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 2.3 Fluides Quantiques de Lumière

08:30 Polariton graph simulators

Recently several gain-dissipative platforms based on the networks of optical parametric oscillators, coupled lasers and various non-equilibrium Bose-Einstein condensates such as exciton-polariton, atomic and photon condensates have been proposed as analogue Hamiltonian simulators for solving large-scale hard optimisation problems. Such platforms use an approach to finding the global minimum of spin Hamiltonians which is different from quantum annealers or quantum computers. However, in general, the parameters of such spin Hamiltonians when realised by gain-dissipative simulators depend on the node occupancies that are not known a priori, which limits the simulators applicability to the classes of problems easily solvable by classical computations. I show how to overcome this difficulty and formulate algorithms for solving the NP-hard large-scale optimisation problems such as constant modulus continuous quadratic optimisation and quadratic binary optimisation for any general matrix. To solve such problems any gain-dissipative simulator has to implement a feedback mechanism for the dynamical adjustment of the gain and coupling strengths, so that occupancy of each node is the same. I will illustrate the work of such a simulator using the polariton graph platform that we recently realised in experiments.

Orateur: Natalia G. Berloff (Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge and Skolkovo Institute of Science and Technology )

09:00 Critical slowing down and role of disorder in driven-dissipative nonlinear cavities

Lattices of coupled nonlinear optical cavities are attracting a considerable interest for the possibility of creating novel correlated phases of light [1]. When interacting quantum systems are driven out of equilibrium, the competition between coherent effects and losses in the master equation [2] can lead to dissipative phase transitions in the thermodynamic limit. Here, we investigate the driven-dissipative Bose-Hubbard model describing photonic lattice systems in the regime of interactions which is relevant for semiconductor polaritonic systems. In 2D lattices the system exhibits a critical slowing down of the dynamics for increasing lattice size in the region of parameters where mean-field theory predicts non-linear bistability [3]. Our investigation of the role of disorder [4] shows which critical features survive in finite size systems.

[1] I. Carusotto, C. Ciuti, Quantum fluids of light, Rev. Mod. Phys. 85, 299-266 (2013).
[2] H. P. Breuer and F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems (Oxford University Press, Oxford, 2007).
[3] F. Vicentini, F. Minganti, R. Rota, G. Orso and C. Ciuti, Critical slowing down in driven-dissipative Bose-Hubbard lattices, Phys. Rev. A 97, 013853 (2018).
[4] F. Vicentini, F. Minganti, A. Biella, G. Orso and C. Ciuti, Optimal stochastic unraveling of disordered open quantum systems: Application to driven-dissipative photonic lattices, Phys. Rev. A 99, 032115 (2019)

Orateur: Dr Filippo Vicentini (Université Paris Diderot - Laboratoire MPQ)

09:15 Light superfluidity in hot atomic vapors

A laser field propagating through a hot atomic vapor leads to a third-order nonlinear Kerr susceptibilty. In the paraxial approximation the evolution of the transverse electric field is described by a 2D Gross-Pitaevskii equation. As such, this system is a promising platform to study phenomena related to Bose-Einstein condensation and superfluidity of light.

In this talk, I will report on the measurement of the dispersion relation of small amplitude density waves propagating on top of a photon fluid. We find a dispersion relation of Bogoliubov type: linear at small wave vector as expected in the superfluid regime and "particle-like" (quadratic) at larger wave vectors 1. In the superfluid regime, we characterize the dependence of the sound velocity with intensity (photon density) and compare our results with theoretical predictions.

1 Observation of the Bogoliubov Dispersion in a Fluid of Light, Q. Fontaine, T. Bienaimé, S. Pigeon, E. Giacobino, A. Bramati, and Q. Glorieux, Phys. Rev. Lett. 121, 183604 (2018).

Orateur: Dr Tom Bienaimé (Laboratoire Kastler Brossel)

09:30 Fluids of light in nonlinear crystals

Quantum fluids of light merge many-body physics and nonlinear optics, revealing quantum hydrodynamic features of light when it propagates in nonlinear media. One of the most outstanding evidence of light behaving as an interacting fluid is its ability to carry itself as a superfluid.
Here, we report a direct experimental detection of the transition to superfluidity in the flow of a fluid of light past an obstacle in a bulk nonlinear crystal. In this cavityless all-optical system, we extract a direct optical analog of the drag force exerted by the fluid of light and measure the associated displacement of the obstacle. Both quantities drop to zero in the superfluid regime characterized by a suppression of long-range radiation from the obstacle.
The experimental capability to shape both the flow and the potential landscape paves the way for simulation of quantum transport in complex systems.

Orateur: M. Omar Boughdad (Institut de Physique de Nice)

09:45 Complex behavior of topological excitations in polariton quantum fluids

Exciton-polariton system in semiconductor heterostructures have unique properties due to the combination of all-optical control of the wave function and strong nonlinear interaction, stemming from the exciton component. The latter originates such complex topological condensate excitations as quantum vortices and solitons.

In the first part we study the narrow 1D channels with the walls of high condensate density at upper bistability branch created by intensive laser radiation. We show that in such channels dark solitons appear parallel to the channel axis by odd (1-3) or even (2-4) number in order to accommodate the phase constraint induced in the walls. These soliton molecules are typically unstable and evolve toward symmetric or anti-symmetric arrays of vortex streets. Inspired by this phenomenon we also study the soliton spatial propagation in the all-optically patterned maze and demonstrate the essential feature of maze solving.

In second part we consider the existence of the energy cascade in 2D quantum turbulence, which is one of the open questions in the physics of quantum fluids. The shape of raw energy spectra depends on the procedure of condensate stirring but the energy spectra of clustered vortices always exhibit the -5/3 power law. Such cascade can be observed over almost 2 decades.

Orateur: Sergei Koniakhin (Universite Clermont Auvergne)

Nantes___QFL.pdf

10:00 Accélération dramatique de condensation d'ondes induite par le désordre dans les fibres optiques multimodes

Des études récentes en turbulence ont montré qu’un système classique d’ondes aléatoires peut exhiber un processus de condensation résultant de la divergence de la distribution d’équilibre de Rayleigh-Jeans (RJ), en analogie avec la condensation de Bose-Einstein (refs. en [1]). Cependant, l’observation de condensation d'ondes optiques en propagation libre est entravée par les grandes longueurs de propagation requises par la thermalisation.

Un phénomène d'auto-nettoyage de faisceau a récemment été découvert dans les fibres optiques multimodes (FMM), dont le mécanisme sous-jacent reste mal compris[2].
Nous avons développé une théorie de turbulence d’ondes prenant en compte le désordre structurel des FMM[1]. La théorie révèle une accélération dramatique de la condensation par le désordre, expliquant ainsi l'effet d'auto-nettoyage comme une population macroscopique du monde fondamental de la FMM [1]. Nos expériences dans les FMMs confirment cet effet de condensation, Fig.1 et [1].

Fig 1: Distribution d'intensités expérimentales en entrée (i-l), sortie (e-h), de la FMM: En diminuant l’énergie cinétique (« température ») en dessous de la valeur critique, nous observons une transition de la distribution de RJ (zone grise) vers une population macroscopique du mode fondamental (zone orange) avec une fraction de puissance condensée ~ 60% (a-d)[1].

[1] A. Fusaro et al, PRL 122, 123902(2019)
[2] K. Krupa et al, Nature Phot. 11, 237(2017)

Orateur: Kilian Baudin

10:15 Localization and delocalization transitions in the continuous deformation of a polaritonic quasicrystal

In condensed matter systems, quasicrystals (QC) are an intermediate between completely periodic perfect crystals and completely random or disordered media. They are structures that lack translational symmetry, but still exhibit long-range order. As a result, QC can exhibit very different localization properties. Famous examples include the Fibonacci QC, where all states are critically localized with fractal nature, and the Aubry-André model, known to host a localization transition.
Here, we investigate the localization properties in a family of QC obtained by continuously deforming one of these two model into the other. We establish a theoretical localization phase diagram in the continuous deformation, where the localization properties are so far unexplored. There, we identify a novel and unexpected delocalization-localization transition. We implement the model for microcavity polaritons, by etching one-dimensional quasiperiodic structures out of planar semiconductor microcavities. Photoluminescence experiments provide direct access to the localization properties of the eigenstates in each structure, enabling to reconstruct the experimental localization phase diagram. In particular, we evidence the presence of the exotic delocalization-localization phase transition.
This works opens the way to the study of nonlinear quantum fluids dynamics in quasiperiodic potentials, where novel many-body localization and delocalization effects are expected.

Orateur: Dr Valentin Goblot (Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), CNRS – Université Paris-Saclay)

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 2.4 Fluctuations et biologie

08:30 Physics and evolution of adaptivity in proteins

Proteins combine a capacity to perform exquisite tasks such as specific binding and catalysis with a capacity to adapt, both on physiological time scales through interactions with other molecules (allostery) and on evolutionary time scales through mutations. What principles underly this duality? How does it originate in the course of Darwinian evolution? After reviewing the available data, I’ll present a theoretical model that provides a possible and experimentally testable answer to these questions.

Orateur: Olivier Rivoire (Collège de France)

09:00 Linking lineage and population observables in biological branching processes

Using a population dynamics inspired by an ensemble of growing cells, a set of fluctuation theorems linking observables measured at the lineage and population levels are derived [1]. One of these relations implies specific inequalities comparing the population doubling time with the mean generation time at the lineage or population levels. While these inequalities have been derived before for age controlled models with negligible mother-daughter correlations, we show that they also hold for a broad class of size-controlled models. We discuss the implications of this result for the interpretation of a recent experiment in which the growth of bacteria strains has been probed at the single cell level.

[1] Linking lineage and population observables in biological branching processes,
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/527291v1

Orateur: Dr David LACOSTE (Laboratoire Gulliver, ESPCI)

Nantes 2019-I.pdf

09:15 Effects of resource competition on evolution and adaptive radiation

The study is devoted to entanglement of population dynamics, evolution and adaptive radiation for the species sharing common resources. For the population dynamics we modify the competitive Lotka-Volterra equations introducing a new resource contest principles. The functional response of the model differs from linear and ratio-dependent functional response. We implement realistically the effects of beneficial and deleterious mutations on the coefficients in the equations governing the population dynamics and consider the spontaneously occurring reproductive isolation. To trace the phylogeny relations in the evolving ecosystems, we use the effective digital genomes and then use the flexible molecular clock technique. The proposed model is in agreement with the competition exclusion principle and no vacant niche axiom. We demonstrate the mechanism that contributes to prevention of the genomic decay: the competition and selection between the recently diverged species/populations. We demonstrate that the large resource influx and fast speciation are favorable conditions against the genomic decay. The model predicts that in the case of several constant in time resources one observes very rapid specialization and in the unstable environment the omnivory strategy was preferable.

Orateur: Sergei Koniakhin (Universite Clermont Auvergne)

Nantes___EcoEvo.pdf

09:45 Directional transport of biomolecules through nanopores: an experimental approach of a nanoscale Brownian ratchet

Some natural systems known as Brownian ratchets use thermal fluctuations to extract mechanical power. In these systems, diffusion is biased in order to achieve unidirectional biological processes. Good examples are the molecular motors as kinesins or myosins that walk on the cytoskeleton and use ATP to bias their movement. Another case is the transport of mRNA between the nucleus and the cytoplasm through Nuclear Pore Complexes (NPC). The NPC is a large molecular complex which selects molecules that enter or exit the nucleus. It has been shown to be highly selective and directional.

To study the directional transport of biomolecules through the NPC, a simplified mimetic device based on nanoporous membranes was designed. Our approach used near-field microscopy technique, Zero Mode Waveguide for Nanopores. With this method single DNA molecules translocation through nanopores was observed in real time. Ratchet agents which are polycations that bind strongly to the DNA and cannot diffuse through the pore were added on the exit side of the membrane. We quantified the effect of the ratchet agent on the translocation frequency of DNA molecules. An experimental measurement of the free energy gain associated with the Brownian ratchet was extracted and compared with coarse grained modeling.

Orateur: Bastien Molcrette (Laboratoire de Physique, ENS de Lyon)

MOLCRETTE_nanopore.pdf

10:00 Helical Superstructure of Intermediate Filaments

Intermediate filaments are the least explored among the large cytoskeletal elements. We show here that they display conformational anomalies in narrow microfluidic channels. Their unusual behavior can be understood as the consequence of a previously undetected, large-scale helically curved superstructure. Confinement in a channel orders the otherwise soft, strongly fluctuating helical filaments and enhances their structural correlations, giving rise to experimentally detectable, strongly oscillating tangent correlation functions. We propose an explanation for the detected intrinsic curving phenomenon — an elastic shape instability that we call autocoiling. The mechanism involves self-induced filament buckling via a surface stress located at the outside of the cross section. The results agree with ultrastructural findings and rationalize for the commonly observed looped intermediate filament shapes. Beyond curvature, explaining the molecular origin of the detected helical torsion remains an interesting challenge.

Ref: L.Bouzar, M.M.Müller, R.Messina, B.Nöding, S.Köster, H.Mohrbach, I.M.Kulić, Phys. Rev. Lett, 122, 098101 (2019).

Orateur: Prof. Hervé Mohrbach (Université de Lorraine)

10:30 → 11:00 Pause Café / Coffe break

11:00 → 11:30 SP3: Making the invisible, visible: the beauty of synchrotron science - Prix Friedel-Volterra

Séance "grand prix" / Prix Friedel-Volterra
Synchrotron science has made "the invisible, visible" - quoting Commissioner C. Moedas and French Research Minister F. Vidal.

Since the first opportunities in the 70's. the second generation sources in the 80's and the advent of the ESRF in pioneering and opening the present massive use of synchrotron radiation at the so-called third generation sources, the investigation of condensed and living matter, and of cultural heritage artefacts has made giant steps in linking atomic structure to function. This research has impacted many areas of fundamental science, and is increasingly contributing to applied research.

The story is not yet finished as a new page is now opening due to another new step improving qualitatively the synchrotron X-ray source properties. With at least a factor of 100 increase in brightness and coherence - thanks to a new storage ring concept developed at the ESRF and presently under construction - synchrotron based research is moving to a new fourth generation paradigm of X-ray sources, which will enables new applications in key areas of material science, structural biology, and X-ray imaging applications.

I will review the status and new application of synchrotron science, sometime indulging in mentioning the contribution that I was involved with in studying magnetic properties at the atomic level and the dynamics of collective atomic excitation at atomic wavelengths.

Orateur: Francesco Sette (European Synchrotron Radiation Facility)

11:30 → 12:00 SP4: Functional renormalization: from quantum gravity and cosmology to superconducting solids - Prix Gentner-Kastler

Séance "grand prix" / Prix Gentner-Kastler
At a given length scale the laws of physics are encoded in an effective action, a type of generalised Landau theory. Functional renormalisation relates the effective action at different length scales. It acts like a theoretical microscope with variable resolution and permits to follow continuously how macroscopic laws emerge from more fundamental microscopic laws. The wide applications in different areas of physics are demonstrated by examples: Quantum gravity is formulated as a non-perturbatively renormalisable quantum field theory, and we discuss the resulting prediction for the mass of the Higgs boson. Scale symmetry related to a fixed point in the renormalisation-flow explains the approximate scale invariance of the primordial fluctuation spectrum of cosmic structures. Its spontaneous breaking leads to dynamical dark energy. From the microscopic formulation of the Hubbard model for correlated electrons emerges at long distances an effective action for spin waves and superconducting order parameters.

Orateur: Christof Wetterich (Université d'Heidelberg)

FRG gravity solids_Nantes0719.pdf

12:00 → 12:30 SP5: Observer et contrôler les électrons pendant l’ionisation des molécules : du rayonnement synchrotron aux impulsions XUV attosecondes - Prix Félix Robin

Séance "grand prix" / Prix Félix Robin
L’étude de la photoionisation de molécules par un rayonnement XUV constitue un laboratoire captivant pour l’observation et la caractérisation de processus fondamentaux de la dynamique électronique induite par interaction lumière-matière, et des interactions subséquentes électron-électron et électron-noyaux. La distribution spatiale et énergétique des photoélectrons (MFPAD, pour molecular frame photoelectron angular distribution) en représente l’observable la plus complète. Résultant des interférences entre les ondes partielles qui composent la fonction d’onde de l’électron dans le continuum, pour chaque orientation de la molécule par rapport à la polarisation de la lumière, les MFPADs constituent une sonde très sensible de la diffusion du paquet d’ondes électronique dans le potentiel moléculaire et de l’état complet de polarisation du rayonnement ionisant. Après une brève description de la spectrométrie d’impulsions électron-ion en coïncidence qui sous-tend nos expériences et de propriétés emblématiques des MFPADs démontrées auprès du rayonnement synchrotron, je présenterai quelques résultats récents qui tirent parti du développement de sources XUV ultrabrèves pour résoudre temporellement la dynamique à l’échelle attoseconde du mouvement des électrons.

Orateur: Danielle Dowek (ISMO Orsay)

12:30 → 14:00 Repas

13:00 → 14:00 Projection du film sur ITER "Let There Be Light, 100 years journey of fusion"

Film de Mila Aung-Twin et Van Royko

14:00 → 16:00 Séance Poster: (Format A0 vertical)

15:30 → 16:00 Pause Café / Coffe break

16:00 → 16:45 SP6: Physique de la turbulence à l'échelle de Kolmogorov

Les écoulements turbulents sont caractérisés par un spectre d’énergie auto-similaire, signature de mouvements du fluide à toutes les échelles. Cette organisation est décrite depuis plus de 70 ans par la phénoménologie de « cascade de Kolmogorov » : l’énergie injectée à grande échelle par le travail de la force qui met le fluide en mouvement (exemple une turbine) est transférée vers des échelles de plus en plus petites avec un taux de dissipation constante, jusqu’à l’échelle de Kolmogorov, où elle est transformée en chaleur et dissipée par viscosité.

J’expliquerai pourquoi cette image, mise en doute dès les années 1950 par Landau, est fausse. J’utiliserai des mesures récentes de vitesse obtenues par vélocimétrie laser à très haute résolution pour montrer que la « cascade » d’énergie est en fait pilotée par des événements extrêmes à très petite échelle, qui sont la signature de quasi-singularités des équations de Navier-Stokes existant sous l’échelle de Kolmogorov.

Orateur: Bérangère Dubrulle (CEA Saclay (SPEC/IRAMIS))

SFP-2019-vf-1.pdf

17:00 → 19:00 Commission: C1.1 Nouveaux programmes de lycée. Qu'est ce qui va changer pour le L1 ?

17:00 Commission: C1.1 Nouveaux programmes de lycée. Qu'est ce qui va changer pour le L1 ?

17:00 → 19:00 Commission: C1.2 Egalité-Parité: le masculin et le féminin dans notre langue" et "l'égalité salariale"

17:00 Commission: C1.2 Egalité-Parité: le masculin et le féminin dans notre langue" et "l'égalité salariale"

17:15 Le ministre est enceinte

Orateur: Bernard Cerquiglini (Université Paris VII)

Le ministre est enceinte

18:05 L’égalité salariale dans l'enseignement supérieur et la recherche: réalité ou mythe ?

Orateur: Frédérique Pigeyre

Intervention FP SFP 9 juillet 19.pdf

mercredi 10 juillet

08:00 → 08:30 Accueil des participants

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 3.1 Quel avenir pour la physique des particules?

08:30 État des lieux de la physique des particules

Nous vivons une période féconde en physique des particules. Les dernières décennies sont jalonnées d'avancées majeures, parmi lesquelles la découverte du boson de Higgs, les mesures de précision en physique électrofaible et en physique du quark top, les contraintes directes et indirectes sur le halo galactique de matière noire, et l'étude des oscillations de saveur dans le secteur des neutrinos. Pourtant, la non-manifestation de nouvelle physique au LHC pose la question de la stratégie en physique des particules. La présentation exposera la situation expérimentale et les principaux projets d'expériences futures.

Orateur: Gautier Hamel de Monchenault (CEA-Saclay/IRFU-SPP)

GHM_Physique-des-particules.pdf

09:00 Physique des particules après le Higgs: état des lieux et perspectives

Nous résumerons de l'état des lieux en physique des particules
à haute énergie, après les premières campagnes de recherches et de
mesures menées auprès du collisionneur proton-proton LHC au CERN.
Celui ci a permis la découverte historique du boson scalaire de
Higgs, découverte qui a confirmé d'une manière éclatante le Modèle
Standard qui décrit trois des interactions fondamentales dans la
nature. Mais les recherches de nouvelle physique au delà de ce
modèle, attendues par nombre de théoriciens, se sont avérées
infructueuses jusqu'à présent. Nous discuterons ensuite de la
manière de continuer à tester de manière plus approfondie le
Modèle Standard et de rechercher des déviations par rapport à ses
prédictions ou des nouveaux phénomènes non prévus par le modèle,
dans les phases futures du LHC mais aussi auprès de nouveaux
collisionneurs qui sont en projet.

Orateur: Abdelhak Djouadi (LPT Orsay)

09:30 Le xénon liquide : une avancée majeure pour la recherche directe de matière noire

La compréhension de la nature de la matière noire est un des plus gros challenges en science aujourd'hui. Les observations astrophysiques et cosmologiques fournissent des indices forts de son existence. Plusieurs particules candidates ont été proposées au cours du temps, l'une des plus convaincantes est une particule massive interagissant faiblement appelée WIMP (pour Weakly Interacting Massive Particle).
L'expérience XENON1T cherche à la mettre en évidence par une détection directe, grâce à la diffusion d'un WIMP sur un atome de xénon. Ce détecteur à ultra bas bruit de fond utilise une chambre à projection temporelle installée au Laboratoire National du Gran Sasso (LNGS) en Italie. Le programme XENON a commencé en 2005 avec une dizaine de kilogrammes et en 2018, XENON1T (le plus grand détecteur de ce type jamais construit), a mis les meilleures limites mondiales sur la recherche d’interaction spin - nucléon indépendante du spin. Le futur est déjà en cours de construction avec XENONnT qui verra ses premières lumières dès 2020 afin de mettre la main sur cette particule tant recherchée.
Je présenterai les résultats majeurs du programme XENON ainsi que les objectifs scientifiques des expériences à venir.

Orateur: Julien Masbou (SUBATECH)

2019_07_10_SFP2019_LXe_DDM_en_ligne.pdf

09:50 Physique des neutrinos lors des deux prochaines décennies : violation de CP, hiérarchie de masse, nature du neutrino et autres quêtes.

La découverte il y vingt ans de l'oscillation des neutrinos a ramené la physique des neutrinos à l'avant garde de la recherche en physique des particules. Elle implique qu'ils ont une masse très faible mais non nulle, qui étire encore le spectre de masse des fermions, que le Modèle standard n'explique pas. Étudier ces masses nous renseignera sur la Nouvelle Physique, plus fondamentale, responsable de ce schéma non trivial. Elle est aussi nécessaire pour expliquer le déséquilibre apparu entre matière et antimatière lors des premiers instants de l'Univers. L'oscillation rend envisageable à moyen terme un nouveau pas en ce sens, via la découverte d'une possible violation de CP dans le secteur leptonique. Ces questions, et d'autres (le neutrino est-il sa propre antiparticule ? y a-t-il d'autres neutrinos ?) motivent l'émergence d'un très large programme expérimental où se côtoient de nombreuses expériences basées sur des technologies diverses, de grande, moyenne et petite ampleur, exploitant toutes les sources de neutrinos (neutrinos d'accélérateur, neutrinos atmosphériques, solaires, ou neutrinos de réacteurs nucléaire) mesurés à toutes les distances de leur point de production, du mètre aux millions de kilomètres, et du MeV aux dizaines de GeV. Dans la foulée des expériences récentes ou actuelles qui ont livré une première image précise du schéma d'oscillation à trois neutrinos, j'essaierai de décrire les principales expériences à l'œuvre lors des deux prochaines décennies.

Orateur: Benoit Viaud (Subatech)

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 3.2 Session "hybride": Prix Aimé Cotton, physique atomique, métrologie, nano-carbones

08:30 Remise des Prix Aimé Cotton à N. Sisourat et P. Genevet. Exposé P. Genevet.

08:45 Optical Metasurfaces and applications

Orateur: Patrice Genevet (Université Côte d’Azur, CNRS, Centre de recherche sur l’hétéro-épitaxie et ses applications)

Genevet_SFP_2019.pdf

09:00 Trous spectraux profonds et persistants dans Tm:YSO : un filtre pour l'imagerie acousto-optique

Avec leur longueur d'onde dans l'infrarouge proche et leurs propriétés spectroscopiques uniques à basse température, les cristaux dopés aux ions thulium sont au centre de nombreuses architectures liées au traitement de signaux analogiques ou à l'information quantique. Nous nous concentrons ici sur un cristal de YSO dopé Tm, un composé qui a été mis de côté dans les années 1990 à cause de sa faible durée de vie des cohérences optiques.
Par des techniques de creusement spectral résolu en temps, nous étudions l'effet Zeeman nucléaire exacerbé qui se révèle anisotrope dans ce matériau et observons des trous spectraux profonds et fins (<1MHz) et de longue durée de vie (>1s) pour certaines configurations particulières du champ magnétique appliqué. De telles structures sont très prometteuses pour des applications en imagerie acousto-optique en milieu diffusant, où le cristal ainsi programmé joue le rôle d'un filtre spectral pour la lumière diffusée.
Enfin, en extrapolant nos résultats expérimentaux, nous démontrons le fort potentiel de Tm:YSO comme filtre spectral dans un montage d'imagerie acousto-optique de tissus biologiques à quelques cm de profondeur.

Orateur: Anne Louchet-Chauvet (Laboratoire Aimé Cotton, CNRS)

CongrèsSFP_Oral2.pdf

09:15 Optical Frequency Standard Dissemination with the REFIMEVE+ project: a tool at hand for ultra-stable and accurate measurements

After more than 15 years of development, the frequency transfer of optical frequency standards through coherent optical fiber links overcomes by several orders of magnitude other dissemination techniques, such as GPS techniques for instance. This technique is now established over ranges of 1000s of km, enabling unprecedented resolution for clocks comparisons. By opening a new era of optical metrology, coherent optical fiber links create opportunities for a wide area of application for precise measurements in physical laboratories, such as comb-assisted spectroscopy, geodesy or test of general relativity for instance. To that aim, our groups have explored several dissemination techniques and the way to combine them to improve their reliability.
The REFIMEVE+ project aims to build a wide scale fiber network in France (see figure), highly reliable and robust, capable at the same time of comparing the best optical clocks and of disseminating an optical frequency standard to about 20 research laboratories. At the conference, we will report on the development of this efficient metrological network in collaboration with RENATER. We will give a focus on the realization of the network core with equipment at the state-of-the-art, enabling multiple links dissemination at once with enhanced performances of the transfer.

Orateur: Dr Etienne CANTIN (LNE-SYRTE - LPL)

2019-07-01 REFIMEVE+_online.pdf

09:30 DFT Nanocarbon Modelling at IMN Nantes

Using computational quantum mechanical methods (DFT, DFTB+) and molecular dynamics we explore carbon nanomaterials, their atomistic, vibrational and electronic structure and structural modification, defects and chemical functionalisation.

• Characterise and understand as-grown and modified nanocarbons with
  experimental colleagues
• Identify and explain commonalities in
  behaviour between different nanocarbons, explore and explain their
  differences.
• Predict new nanocarbons and nanocarbon hybrids
• Design new carbon-based nanomaterials in-silico, to guide experimental
  colleagues

Notably we use the AIMPRO code developed by colleagues at Newcastle University, an ultra-fast Gaussian orbital based DFT code capable of routinely optimising low-symmetry systems containing hundreds to thousands of atoms (aimpro.ncl.ac.uk). This study covers a range of areas we are currently working in, in close collaboration with experimental colleagues in France, Europe, Japan and the USA, including:

• Functionalising and Filling Fullerenes
• Fullerene growth and spectroscopy
• Filling Circular and Collapsed Carbon Nanotubes
• 2D-conjugated Polymers: New Graphene-like materials
• Classifying Nanocarbons

Orateur: Dr Christopher Ewels (IMN Nantes)

10:00 Selective Edge Filling of Collapsed Carbon Nanotubes for Nanoelectronics: An ab-initio study

The spontaneous collapse of large-diameter single carbon nanotubes (SWCNTs)
generates a new class of low dimensional structures, known as collapsed
‘dogbone’ nanotubes. Several experimental works showed that the final
configuration of collapsed tubes is composed by two flat nanoribbons, whose
edges are closed forming chemical bonds like the standard carbon nanotubes.
Our first-principle investigation based on the Density Functional Theory
(DFT) revealed how these flattened tubes become more stable than its own
cylindrical counterpart when a given diameter threshold is exceeded. A
peculiarity of these hybrid systems between bilayer graphene and SWNTs due to
their unique architecture is the possibility to fill the edge cavities with
different molecules. The radial deformation of filled nanotubes is driven by
changes in the charge transfer process between molecular species and
surrounding carbon edge channels. The edge filling implies Coulomb
interactions between molecules and molecules and CNT-like zone at the edges.
The filled cavities induce doping effect on the collapsed nanotubes without
the introduction of defects and/or scattering centres with really significant
improvement of the electrical conductivity. Such innovative systems represent
a rising star on the horizon of nanomaterials science, because of peculiar
mechanical and electronic properties, opening the path to promising deformed
graphene based on high-performance nanoscale devices.

Orateur: Anthony Impellizzeri (Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes, CNRS)

10:15 Amélioration des performances photo-catalytiques des composites poly(hexylthiophène)/dioxyde de titane par l’incorporation du graphène

Pour augmenter les performances photocatalytiques du dioxide de titane TiO2, des expériences réalisées avec l’incorporation du poly(hexylthiothène) P3HT pour former les matériaux composites P3HT/ TiO2 ont permis de démontrer la possibilité d’élargir la gamme des fréquences absorbées de la lumière visible et d’améliorer le rendement de photocatalyse de l’oxyde.
Dans ce travail, nous avons réalisé et étudié les composites P3HT/ TiO2 dans lesquels du graphène GE a été ajouté en quantité contrôlée. Les composites en films minces ainsi formés ont été analysés par les techniques optiques (IR, Raman, photoluminescence) et de microscopie pour contrôler la morphologie, l’homogénéité de la dispersion des nanoparticules, et les caractéristiques optiques. Les mesures de photoluminescence résolue en temps ont été réalisées pour étudier les processus de transfert de charge entre le polymère et les nanomatériaux. Nous avons montré que l’incorporation du graphène améliore de façon significative la dégradation du rhodamine RhB, processus expliqué par une augmentation du transport de charge dans les composites étudiés.

Orateur: Prof. Thien-Phap Nguyen (Institut des Matériaux Jean Rouxel)

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 3.3 Propriétés remarquables des matériaux topologiques : de la théorie à la réalisation expérimentale

08:30 Dirac points as topological defects in energy bands

Topological semi-metals are materials in which the energy dispersion relation features singular contact points between the conduction and valence bands. Examples are graphene or nodal quasiparticles in d-wave superconductors in two-dimension and Weyl semi-metals in three dimension. The low-energy excitations in these systems are described by an emergent massless Dirac equation, reminiscent of relativistic quantum mechanics. In this talk, we will review the physics of these topological defects in reciprocal space and in particular on the way they can appear and disappear when some external parameter is tuned. In particular, we will discuss the notion of a topological charge associated to these defects (winding number and winding vector). Various experimental systems have studied the emergence/merging of these topological defects.

Orateur: Jean-Noël Fuchs (LPTMC, Sorbonne Université et CNRS)

09:00 Défauts topologiques dans la structure de bande du modèle à trois bandes Lieb-kagomé

Nous présentons un travail sur les singularités topologiques dans
l’espace des états propres d’un hamiltonien de Bloch H(k_x,k_y) à
trois bandes et sans gap. On représente l’ensemble des états par un
point sur une sphère de Bloch généralisée, qui peut être décrit par
six angles. Cette approche remplace une approche projective, localisée
autour des singularités, où l’on se ramène à deux sous-systèmes à deux
bandes ; dans chaque sous-système les états sont représentés par un
point sur une sphère de Bloch ordinaire, qui peut être décrit par deux
angles ; le système total y est donc décrit par quatre angles en tout.
La résolution exacte du système à trois bandes permet de suivre les
singularités du hamiltonien de Lieb-kagomé; c’est un modèle de
liaisons fortes, qui interpole continûment entre celui de Lieb (où on
observe une bande plate à énergie nulle et un contact conique à trois
bandes) et celui du réseau kagomé (où on observe une bande plate en
contact avec le bas d'un spectre similaire à celui du graphène). Sauf
dans le modèle de Lieb, les contacts sont des points de Dirac entre deux bandes.

Incidemment, cette approche nous permet d’analyser les singularités du
hamiltonien de Lieb, ce qui n’est pas possible directement à cause de
la triple dégénérescence du spectre d’énergie au niveau de la
singularité.

Orateur: Gilles Abramovici (Université Paris Sud)

Nantes2019.pdf

09:15 BaNiS_2 monolayer as possible Z2 topological insulator

After having been considered as a potential candidate for high-temperature superconductivity, the BaNi_xCo_{1-x}S_2 compound has seen a renewed attention for its fascinating spin properties, discovered only very recently [1,2]. BaNiS_2 is a Dirac semimetal, with 4 Dirac cones lying at the Fermi level. The cones, made of d-orbitals, are massive due to a large spin-orbit coupling, leading to a remarkable Rashba splitting of up to 0.15 eV. The spin-orbit coupling strength is unexpected, because BaNiS_2 is centrosymmetric and does not contain heavy elements. This places the compound very close to a topological insulating phase. By ab initio calculations, we give evidence of the possible realization of a robust Z2 topological phase in the BaNiS_2 monolayer.

[1] David Santos-Cottin, Michele Casula, Gabriel Lantz, Yannick Klein, Luca Petaccia, Patrick Le Févre, François Bertran, Evangelos Papalazarou, Marino Marsi, and Andrea Gauzzi. Rashba coupling amplification by a staggered crystal field, Nature Communications 7, 11258 (2016).
[2] Yannick Klein, Michele Casula, David Santos-Cottin, Alain Audouard, David Vignolles, Gwendal Fève, Vincent Freulon, Bernard Plaçais, Marine Verseils, Hancheng Yang, Lorenzo Paulatto, and Andrea Gauzzi, Importance of nonlocal electron correlation in the BaNiS_2 semimetal from quantum oscillations studies, Physical Review B 97, 075140 (2018).

Orateur: Dr Michele Casula (CNRS and Sorbonne Université)

Nantes_BaNiS2_web_copy.pdf

09:30 Topological properties of Bismuth nanowires revealed with superconducting proximity effect

Bismuth is a semimetal with a long history in condensed matter that continues
to surprise us today. We demonstrated experimentally that
single crystal Bismuth nanowires carry current predominantly along its
edges in a ballistic way, using superconducting proximity effect.
A recent theoretical work confirmed our findings, by showing that Bismuth belongs to the
newly discovered second order topological class, which means that it carries
one dimensional states living on the hinges of some facets of the three
dimensional crystal. These hinge modes have the exceptional property of having their
their momentum locked to their spin, thereby impeding retro-diffusion in absence of time
reversal symmetry breaking.
Besides ballistic transport, this also implies that the spectrum of the states carrying the
super-current has the peculiarity to have no anticrossing. We could perform a
microwave absorption measurement that demonstrates this property on a well characterized system, up to a frequency
resolution of 0.4 GHz.

Orateur: Anil Murani (Laboratoire de Physique des Solides, Orsay ; Quantronics Group, Service de Physique de l'État Condensé, CEA-Saclay)

10:00 Majorana bound states in a two-dimensionnal topological superconductor

It was first shown in 2010 that a single atomic layer of Pb deposited on top of a Si substrate becomes superconducting at low temperature. This purely two-dimensionnal system is an ideal platform for scanning tunneling experiments on superconductors. In particular, due to the presence of spin-orbit at the interface, topological superconductivity can be induced in such system. By forming Co nanoclusters below the Pb layer,the Co magnetism can induce a region of topological superconductivity with associated edge states[1]. I will present our study of this system and in particular the topological edge states and bound states that we observed[2] and compare them with the trivial signatures of magnetism in the same system.

[1] G. Ménard et al., Two-dimensional topological superconductivity in Pb/Co/Si(111), Nature comm. 8, 2040 (2017).
[2] G. Ménard et al., Isolated pairs of Majorana zero modes in a disordered superconducting lead monolayer, arXiv:1810.09541 (2018).

Orateur: Gerbold Ménard (CEA-Saclay)

Congrès-SFP light.pdf

10:15 Ultrafast electron dynamics of the correlated Dirac semimetal BaNiS2

The existence of Dirac cones in the electronic band structure of a material is recognized as a possible hallmark of the proximity to a topological state. We unveil the existence of robust two-dimensional Dirac cones at the Fermi level in BaNiS2, the metallic precursor of the Mott transition in BaCoxNi1-xS2. The Dirac cones are made of nickel d-orbitals and emerge as a result of the strong hybridization with the ligand p-orbitals of the sulfur atoms. The C_2v symmetry along some k-points line protects the crossing points. The d-orbital nature of the Dirac cones in the BaNiS2 makes this compound an ideal platform to explore the effects of strong electronic correlation in Dirac and topological materials.

We also present the out-of-equilibrium dynamics of the Dirac fermions in BaNiS2. By means of time- and angle-resolved photoelectron spectroscopy (tr-ARPES) and time-resolved reflectivity (tr-Ref) measurements, we observed an ultrafast and non-thermal renormalization of the Dirac cone. This phenomenon is purely provoked by the electronic excitation and is stabilized by the interplay between the electrons and phonons. Our results underline the importance of the orbital filling and electron-phonon coupling as well as the strong effect of the selective orbital excitation in the ultrafast electron dynamics of correlated Dirac semimetals.

Orateur: Dr Niloufar Nilforoushan (Laboratoire de physiques des solides (LPS) - Laboratoire d’optique appliquée (LOA))

Niloufar NILFOROUSHAN_presentation_SFP_upload.pptx

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 3.4 Photonique et sciences du vivant

08:30 Nouvelles approches en microscopie super-résolue pour la biologie

Super-resolution microscopy has become a key tool in biology. However, the anisotropy of the localization between the lateral and axial precisions as well as their strong axial dependence, along with axial drift and chromatic aberrations may restrict the potential applications. We are currently developing two strategies to address these issues that use directly intrinsic properties of the fluorescent molecule itself. A first approach is based on supercritical angle fluorescence (SAF) emission, which corresponds to the fluorophores’ near-field emission coupled into propagative waves at the sample/coverslip interface. This SAF information provides an absolute axial measurement of the fluorophore position, which can be combined to a complementary PSF shaping approach. This technique, provides 3D absolute information over a 1-µm capture range above the glass coverslip and an axial localization precision down to 15 nm with minimal loss of lateral resolution and little sensitivity to field aberrations. DAISY is ideally suited for multicolor imaging as it provides drift-free and chromatism-insensitive data over the whole imaging range.
The second approach is a new localization strategy called ModLoc. The position of a fluorescent molecule within a moving fringe pattern is encoded in the phase of its modulated emission signal. This permit to enhance the localization precision compare to classical Gaussian fitting, and to improve the localization precision.

Orateur: Sandrine Lévêque-Fort

09:00 Imagerie vibrationnelle en sciences du vivant

Cette présentation a pour objectif de montrer la nature des informations que permettent d’obtenir les techniques de microspectroscopie et d’imagerie vibrationnelles. Le principe des spectroscopies vibrationnelles, absorption infrarouge et diffusion Raman, repose l’interaction non destructive de la lumière avec la matière. L’analyse spectrale de cette interaction, permet de sonder les vibrations des liaisons moléculaires de l’échantillon. Ces informations « label-free » (sans marquage) sont non seulement reliées à la composition moléculaire intrinsèque de l’échantillon, mais également à l’environnement chimique de chaque liaison moléculaire (liaisons hydrogènes, type de structure secondaire des protéines, organisation des lipides…). Le traitement des spectres fait appel à des méthodes statistiques multivariées ; ce qui permet d’identifier des signatures spectrales spécifiques du statut physiologique ou pathologique de l’échantillon biologique (cellule, tissu ou biofluide) et indépendantes de la variabilité inhérente à la matière biologique. Le potentiel diagnostique des approches vibrationnelles sera illustré par des exemples d’application au niveau des pathologies tumorales et également dans le cadre du vieillissement cutané. Les développements instrumentaux, dont bénéficie actuellement la discipline, seront également présentés.

Orateur: Valérie Unteriener (Plate-forme d'Imagerie Cellulaire et Tissulaire)

Untereiner_SPF_2019.pdf

09:15 A new interferometric technique for real-time characterization of nanoparticles in a 5µL droplet

Enumerating and distinguishing nanoparticles such as viruses, extracellular vesicles (ECV) or phages are major importance for many applications such as bioproduction of viral vectors for cell therapy, phages batches manufacturing or ECV for drug delivery. Detection methods such as PCR or epifluorescence microscopy for these applications are quite time-consuming and not easy to implement without labelling or damaging the sample. Moreover, there are currently no existing optical methods which are able to discriminate nanoparticles in real time. Thus, we develop a new technique based on full-field interferometry which makes possible the counting and characterization of nanoparticles in the range of 30nm − 10µm within seconds and with a 5μL droplet (Boccara et al, Biomed. Opt. Exp. 2016).

Orateur: M. Matthieu GREFFET (MYRIADE)

09:30 La microscopie tomographique diffractive : une méthode d'imagerie sans marquage pour les sciences du vivant.

En microscopie classique, lors de l’utilisation d’un systeme d’illumination-détection incohérent (champ large, contraste de phase, DIC), l’image enregistrée résulte d’une interaction complexe entre l’illumination
incohérente et le spécimen. Le contraste observé permet d’étudier efficacement la morphologie, mais ne donne pas directement d’information quantitative sur les caractéristiques sur ce spécimen. En particulier, la
distribution d’indice complexe peut être difficile à reconstruire.

La microscopie tomographique diffractive est une technique d’imagerie combinant imagerie en amplitude-phase par variation des conditions d’illumination et une reconstruction numérique du spécimen observé. L’intérêt de cette approche par rapport à la microscopie optique classique est double. L’information enregistrée est liée à la distribution des indices optiques complexes dans le spécimen observé, une quantité difficilement, voire non accessible en imagerie incohérente. De plus, cette approche permet de doubler la résolution par rapport à l’holographie.

Cette technique se pose donc en alternative aux techniques d'imagerie avec marquage (fluorescence, confocal, etc.).

Nous proposons de détailler le fonctionnement de la microscopie tomographique diffractive, et de souligner son intérêt sur divers échantillons issus des sciences du vivant.

Orateur: Dr Matthieu Debailleul (Irimas, université de Haute-Alsace)

09:45 Second-harmonic generation (SHG) of single dielectric nanoparticles for bio-imaging

We are studying the optical properties of dielectric nanoparticles in order to use their SHG signal as a label to track the proteins onto which they will be grafted. Why SHG ? The non-resonant process and therefore better photo-thermal stability is expected unlike most fluorescent bio-labels. Most important is the anisotropic character of SHG, advantageously enabling to follow protein rotations.
An inverted confocal microscopy device coupled to an atomic force microscope (AFM) was developed to allow the simultaneous characterization of the topography and SHG properties of single nano-objects.
The first studies were conducted on SiC nanoparticles obtained following crushing and chemical treatment but resulting in polycrystalline aggregates that do not show any significant signal change with polarization. Other BaTiO3 nanoparticles, synthesized colloidally, produce single monocrystals. Analyses of their SHG signal emitted as a function of polarization give the theoretical responses expected from the non-linear susceptibility tensor associated to the crystals tetragonal symmetry, in accordance with their orientations as evidenced by AFM. We are now investigating the SHG dependence as a function of the excitation wavelength to understand and quantify the role of Mie resonances.
Acknowledgements: C Bogicevic for crystal synthesis, F Marquier and F Treussart for sample preparation. Labex NanoSaclay, ANR-10-LABX-0035 (nanoMOUV) and ANR-18-CE09-0027-02 (SINAPSE) for financial help.

Orateur: William Bruce DJAMPA TAPI (SPEC, CEA, CNRS, UMR 3680, Université Paris-Saclay, CEA Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette cedex, France)

10:00 Nouvelle méthode objective pour extraire une mesure quantitative de la transparence cornéenne à partir d'images résolues en profondeur

La quantification objective de la transparence de la cornée est un besoin de santé publique pour lequel aucune méthode établie n’existe. Nous avons développé un algorithme qui extrait des valeurs quantitatives d’images résolues en profondeur et les lie à un modèle physique de diffusion de la lumière dans le stroma.
Nous calculons la moyenne cohérente du front d’onde en fonction de la profondeur et les profils d’intensité résultants sont ajustés par une fonction exponentielle en utilisant une approche bayésienne, permettant entre autres l’extraction du libre parcours moyen de diffusion. Un paramètre statistique associé à l’ajustement permet de mesurer l’adéquation du modèle de décroissance exponentielle avec les données et le cas échéant d’établir un profil de la densité optique stromale. Notre méthode permet de différencier les tissus hétérogènes pathologiques des tissus homogènes, et pour ces derniers, l’extraction du libre parcours moyen de diffusion permet une quantification du degré de transparence.
Notre approche a été validée ex vivo à l’aide d’un dispositif de microscopie tomographique optique cohérente plein champ (FF-OCT) et la preuve de concept a été démontrée in vivo sur des images cliniques de tomographie optique cohérente dans le domaine spectral (SD-OCT).
Elle peut être implémentée sur tout dispositif d’imagerie ayant une résolution en profondeur. Notre approche a le potentiel d’améliorer le diagnostic clinique, le traitement et le suivi des patients.

Orateur: Prof. Karsten Plamann (Laboratoire d'Optique et Biosciences (LOB) – École polytechnique, CNRS UMR 7645, INSERM U 1182 et LOA – ENSTA ParisTech, École polytechnique, CNRS UMR 7639, Palaiseau, France.)

10:15 TRANSFERT ELECTRONIQUE CONFINE AU SEIN DE NANOPARTICULES ORGANIQUES PHOTOACTIVES POUR LA BIO-IMAGERIE

Les nanoparticules (NPs) organiques constituées exclusivement de molécules photoactives et notamment fluorescentes ont récemment fait leur apparition aux côtés de leurs homologues inorganiques pour des applications dans le domaine de l’électronique organique, de la bio-imagerie et de l’imagerie super-résolue. Cet engouement repose sur la diversité des squelettes et des propriétés électroniques associées, accessibles via la chimie de synthèse. Le procédé de fabrication communément adopté repose sur une injection manuelle d’une solution concentrée en fluorophores hydrophobes dans un grand volume d’eau. Néanmoins, les conditions de nanoprécipitation sont très « opérateur » dépendantes. Nous souhaitons montrer que le recours à des dispositifs microfluidiques impliquant des écoulements impactants à haute vitesse permet un contrôle fin et reproductible de la taille des NPs et diminue leur dispersion en taille. Par ailleurs, le confinement structural élevé des fluorophores au sein des NPs (104 à 105 par NP) s’accompagne d’une grande efficacité des transferts d’électron et d’énergie électronique lorsque plusieurs partenaires sont réunis. Ces transferts opérant avec à peine quelques % d’un des partenaires ont été exploités pour réaliser des sondes off-on signalant l’internalisation de NPs organiques, appelés à jouer le rôle de cargos de principes actifs [1].

[1] J. Boucard, C. Linot, T. Blondy, S. Nedellec, P. Hulin, C. Blanquart, L. Lartigue and E. Ishow Small (2018), 14, 1802307.

Orateur: Eléna Ishow (CEISAM UMR CNRS 6230, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, 44322 Nantes, France)

10:30 → 11:00 Pause Café / Coffe break

11:00 → 11:45 SP7: Un plasma de quarks et de gluons est-il produit dans les collisions proton-proton au LHC? / Is a quark-gluon plasma produced in proton-proton collisions at the LHC?

Dans des conditions extrêmes de température, comme celles de l’univers quelques fractions de seconde après le Big-Bang, la matière se comporte comme le liquide le plus parfait jamais produit : le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP). Le QGP est un état déconfiné de la matière nucléaire, produit dans des collisions de noyaux d’atomes lourds à haute énergie, comme celles réalisées dans le plus puissant accélérateur de particules au monde, le LHC (Large Hadron Collider) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) à Genève.
La production du QGP est étudiée par comparaison des propriétés des particules produites entre les systèmes lourds (noyau-noyau) et les systèmes légers (proton-proton et proton-Noyau). Jusqu’au démarrage du LHC en 2009, les systèmes légers étaient considérés comme systèmes de référence, dans lesquels le QGP n’est à priori pas produit. De façon surprenante, des mesures récentes pointent vers une possible production du QGP dans les systèmes légers [1,2,3].
Dans cette contribution, j’introduirai la physique du Plasma de Quarks et de Gluons et ses signatures. Je présenterai une revue des résultats récents concernant les systèmes légers et montrerai comment ils remettent en question notre compréhension du comportement de la matière nucléaire à haute énergie.

Under extreme temperature conditions, as the ones of the universe few fractions of second after the Big-Bang, matter behaves as the most perfect liquid ever produced, the Quark-Gluon Plasma (QGP). The QGP is a deconfined state of matter, where elementary building blocks of matter, quarks
and gluons, are not bound into nucleons (protons and neutrons). This perfect liquid can be produced in heavy nucleus collisions in the most powerful particle accelerator, the Large Hadron Collider (LHC) at CERN (European Organization for Nuclear Research) in Geneva.
QGP is studied by comparing measurements of particle properties in heavy systems to the same measurements in lighter systems. Until the LHC start in 2009, proton-proton and proton-Nucleus systems were considered as references, where the QGP is a priori not produced. Surprisingly,
emblematic signature measurements of QGP formation were recently observed in lighter systems [1,2,3].
In this contribution, I will introduce the physics of Quark-Gluon Plasma and present signature of QGP formation. I will review recent results concerning light systems and show how they challenge our understanding of nuclear matter behavior at high energy.
[1] A. Andronic, et al., Eur. Phys. J. C 76 (2016) 107, arXiv:1506.03981
[2] Z. Citron et al., CERN-LPCC-2018-07, arXiv:1812.06772
[3] B. Abelev et al. [ALICE Collaboration], Phys. Lett. B 727 (2013) 371; B. Abelev et al. [ALICE Collaboration], Phys. Lett.
B 726 (2013) 164–177; B. Abelev et al. [ALICE Collaboration], Phys. Lett. B 719 (2013) 29-41; G. Aad et al. [ATLAS Collaboration], Phys. Rev. C 90, 044906; V. Khachatryan et al. [CMS Collaboration], JHEP 1009, 091 (2010)

Orateur: Sarah Porteboeuf-Houssais (LPC)

Porteboeuf_SFP_2019 copie.pdf

11:45 → 12:30 SP8: Des masses des neutrinos à l'asymétrie matière-antimatière de l'Univers

Orateur: Stéphane Lavignac (IPhT Saclay)

Lavignac_SFP2019.pdf

12:30 → 14:00 Repas

13:00 → 14:00 Projection du film sur ITER "Let There Be Light, 100 years journey of fusion"

Film de Mila Aung-Twin et Van Royko

14:00 → 16:00 Séance Parallèle: 4.1 Plasmas et accélérateurs: état de l'art et machines du futur 1

14:00 review of plasma ion sources applied to accelerators

A major part of accelerators are relying on plasma based ion sources to create the ion beam. The presentation will propose an overview of the existing ion sources types applied to accelerators and discuss the challenges expected with the next generation facilities.

Orateur: Dr Thomas Thuillier (LPSC)

Thuillier - SFP 2019 - 4.1-165.pdf

14:40 Modélisation 3D PIC-MCC de l’extraction des ions négatifs de l’injecteur de neutres rapides pour ITER

L’injecteur de neutres rapides (IdN) d’ITER doit délivrer 40 A de D0 avec une énergie de 1 MeV afin d’une part de chauffer le plasma du tokamak et d’autre part d’obtenir les modes de confinement avancés. Avant d’être accélérés et puis neutralisés, les ions négatifs produits soit aux surfaces de la source recouvertes de Césium soit dans le volume doivent être extrait correctement afin d’obtenir un faisceau possédant une faible émittance. Cette étape est donc cruciale pour l’efficacité de l’IdN dans son ensemble.

Les caractéristiques du faisceau sont directement affectées par la géométrie des fentes/orifices d’extraction, du potentiel d’extraction, la densité du plasma, le taux de production des ions négatifs à la surface et aussi par les champs magnétiques croisés. Au cours de ces dernières années, le code 3D PIC-MCC ONIX (Orsay Negative Ion eXtraction) a été dédié à la modélisation de l’extraction des ions négatifs et des électrons co-extraits. Les résultats ont été comparés avec les résultats issus de BATMAN (BAvarian Test MAchine for Negative ions ; échelle 1/8 d’ITER). ONIX a permis d’approfondir les connaissances sur la physique de l’extraction des ions négatifs et les principaux résultats seront montrés.

En parallèle, le code a été utilisé pour réaliser une étude paramétrique de la nouvelle source ELISE (Extraction from a Large Ion Source Experiment) qui correspond à la source pour ITER à l’échelle 1/2.

Orateur: Adrien Revel (LPGP)

SFP_2019_Revel.pptx

15:15 Well-controlled near-critical plasmas from supersonic gas jets for enhanced ion acceleration by ultra-intense laser interaction

Efficient electron heating and enhanced ion acceleration by ultra-intense laser interaction with well-controlled near-critical plasmas were predicted numerically but remained relatively unexplored owing to the difficulty of creating such type of targets. We studied this regime on the CLPU VEGA-2 200TW laser facility (6J, 30fs, at 10^21W/cm2) with state-of-the-art pressure-boosted supersonic gas jets from CELIA.
The interest in compact high-repetition rate ion sources with high energy-density at ultra-low emittance stems from many potential applications, including proton radiography, time-resolved probing of ultrafast laser-induced phenomena, fast ignition, nuclear physics and medical applications. Most of these applications require a particle flux which may greatly surpass those attained on standard radio-frequency accelerators.
Our gas jets issue from novel shock nozzles with carefully adapted spatial density profiles that have a high temporal ms-scale stability. Employing different gases, namely N2, He and mixtures of both, the resulting jets are characterized by a maximum free electron density of ≈10^21/cc after laser-induced ionization.
Such experimental conditions may be prone to driving collisionless electrostatic shocks with PW-level ultra-short laser pulses. We will show first preliminary results already obtained at the 200TW level, regarding the accelerated species detected on radiochromic films, CR-39 and a pair of PIN-diodes.

Orateur: Mme Valeria Ospina (1) Université de Bordeaux, CNRS, CEA, CELIA (Centre Lasers Intenses et Applications), UMR 5107, Talence, France 2) CEA-DAM/DIF, CEA/DAM Île-de-France, Arpajon, France 3) C.L.P.U. (Centro de Láseres Pulsados), Salamanca, Spain)

15:40 R&D pour les ensembles cibles et sources d’ions radioactifs à ALTO

L’installation ALTO (Accélérateur Linéaire et Tandem à Orsay) exploite la séparation des isotopes en ligne « technique ISOL » pour la production de faisceaux d'ions radioactifs riches en neutrons.
Trois types de sources d’ions sont exploités : Les sources FEBIAD à plasma chaude, la source à ionisation de surface et l’ionisation résonnante laser. La cible de référence est la cible UCx.
Pour un fonctionnement optimal, une source d’ions radioactive et sa cible associée doivent satisfaire au mieux les exigences de base. Les orientations stratégiques autour de la R&D de ces ensembles cibles et sources d’ions seront présentées.

Orateur: Dr Maher CHEIKH MHAMED (IPN Orsay)

14:00 → 16:00 Séance Parallèle: 4.2 Physique des polymères: de la molécule au matériau

14:00 USING MECHANOCHEMISTRY TO UNDERSTAND FRACTURE OF SOFT AND TOUGH MATERIALS

Fracture of soft materials involves large deformations before macroscopic failure occurs: damage is much less localized at the crack tip than in stiff and brittle inorganic glass. Unlike simple elastic networks of flexible polymers covalently connected that obey classical Lake & Thomas theory, fracture of tough soft materials cannot yet be explained from molecular structure and architecture. We explore how newly developed force sensitive molecules incorporated in networks to give an optical signal (fluorescence, luminescence or absorption change) can quantify and localize bond scission. We infer where energy is dissipated during a macroscopic fracture event. Previous work1,2 showed possible toughening of soft materials by incorporating a minor percolating filler into a stretchable matrix. By using force responsive molecules as crosslinkers in these model interpenetrated networks, we showed that fracture occurs in 2 stages: first softening of the stiff filler network progressively damaged by random bond scission, then a 2nd stage where avalanches of bond breakage occur and load is transferred from the stiff to the stretchable network. Such mechanisms acting at the crack tip are responsible for much higher toughness of these model tough elastomers but should also apply to conventional elastomers reinforced by percolating filler particles.

1 E. Ducrot et al, Science 2014, 344, 186
2 P. Millereau et al, PNAS 2018, 115, 9110

Orateur: Costantino Creton (Laboratory of Soft Matter Science and Engineering, ESPCI Paris, PSL Research University)

14:30 Marginally compact fractals

This contribution is presenting our investigations on the role of complex connectivity of fractal macromolecules for their static and dynamic properties, and, in particular, for the density of self-contacts. Fractals provide typical models for hyperbranched polymers, proteins, sol-gel branched clusters, and colloidal aggregates.
In works [1,2] we have considered the so-called marginally compact fractals. These special structures use very effectively the available space by filling it densely, but at the same time they have almost all their monomers on the surface. They are of a particular interest in connection with melts of ring polymers as well as with chromatin. However, their existence has been questioned theoretically because of a logarithmic divergence of their self-contact density [3]. We have shown that such a divergence can be removed in practice by introducing linear spacers [1] or semiflexibility constraints [2] and we have characterized the dynamics of these structures.

[1] M. Dolgushev, J.P. Wittmer, A. Johner, O. Benzerara, H. Meyer, J. Baschnagel. Soft Matter 13, 2499 (2017).
[2] M. Dolgushev, A.L. Hauber, P. Pelagejcev, J.P. Wittmer. Phys. Rev. E 96, 012501 (2017).
[3] J.D. Halverson, W.B. Lee, G.S. Grest, A.Y. Grosberg, K. Kremer. J. Chem. Phys. 134, 204904 (2011).

Orateur: Maxim Dolgushev (LPTMC, Sorbonne Université, Paris, France)

14:45 Enchevêtrements piégés dans les phases lamellaires de triblocs symétriques: Approche par RMN du solide

La spécificité des triblocs A-B-A par rapport aux diblocs A-B tient à la possibilité, pour le bloc B, de s’organiser en conformations ponts ou boucles. L’influence de ces conformations sur les propriétés mécaniques de phases lamellaires de triblocs composés de lamelles vitreuses et de lamelles à l’état fondu a été récemment étudiée, par dynamique moléculaire. Expérimentalement, la dynamique de telles chaînes a été peu explorée. Des expériences de spectroscopies diélectrique et mécanique ont permis d’estimer la fraction de "boucles" et de "ponts", mais uniquement pour les blocs B non enchevêtrés.

Cette contribution porte sur les phases lamellaires de triblocs symétriques poly(styrène)-b-poly(diméthylsiloxane)-b-poly(styrène). Les mouvements segmentaires des chaînes de PDMS au sein de ces structures ont été étudiés par RMN du solide. Ces expériences, conduites sur des poudres de triblocs, ont permis de déterminer la densité de ces enchevêtrements au sein des lamelles de PDMS. Ces phases lamellaires ont ensuite été alignées à l’échelle macroscopique. Les mêmes expériences de RMN, conduites pour différentes orientations de ces monodomaines, ont permis de préciser les directions préférentielles des fluctuations des segments de chaînes au sein des lamelles. La compétition entre enchevêtrements piégés et corrélations orientationnelles entre segments proches voisins ainsi que l’influence de ces enchevêtrements sur le comportement élastique de ces triblocs seront discutées.

Orateur: Dr Cedric Lorthioir ((1) Sorbonne Université, CNRS, Collège de France, Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris, LCMCP)

15:00 Propriétés des polymères aux interfaces compatibilisées à partir de mesures rhéologiques macroscopiques

Lors de la coextrusion de deux polymères immiscibles, l’ajout d’un compatibilisant réactif, formant un copolymère à l’interface, est souvent nécessaire pour obtenir une adhésion interfaciale suffisante entre les polymères. L’interphase ainsi générée gouverne les propriétés finales du film, notamment mécaniques. Cependant, il est complexe de sonder spécifiquement les propriétés de cette interphase.
Un procédé innovant de coextrusion multinanocouche permet l’obtention de films constitués, non plus de quelques couches, mais de milliers de couches nanométriques. La multiplication des couches induit une multiplication des interfaces ainsi que le confinement des couches de polymères, pouvant améliorer les propriétés du film.
Surtout, les propriétés viscoélastiques des polymères aux interfaces peuvent ainsi être déterminées à l’aide de simples mesures macroscopiques en cisaillement, en modulant les températures d’essais.
Les travaux de cette étude montrent une très importante augmentation des propriétés viscoélastiques du film en fonction de la fraction volumique d’interphase créée. La viscosité de l’interphase a ainsi pu être mesurée. Enfin, la modélisation de la viscosité complexe du film par une simple loi des mélanges, sans paramètres ajustables, permet de capturer semi-quantitativement les propriétés rhéologiques de ces systèmes. Ces travaux laissent entrevoir de nombreuses perspectives quant à la compréhension des propriétés des polymères aux interfaces et sous confinement.

Orateur: Dr Quentin Beuguel (LABORATOIRE PIMM, ARTS ET METIERS, CNRS, CNAM, HESAM UNIVERSITE)

15:15 Etude des propriétés à l’interface solide-liquide de l’adsorption sur surface d’or de la gomme arabique

La gomme arabique est un exsudat de sève d’arbres de la famille des acacias composée d’une fraction protéique et d’une fraction polysaccharidique de structure hyperbranchée. Elle présente des propriétés d’adsorption aux interfaces solide-liquide et liquide-liquide remarquables. Utilisée comme stabilisants dans l’agro-alimentaire, on connait cependant très peu les mécanismes moléculaires régissant ces propriétés d’adsorption.
Cette étude se focalise sur l’adsorption de la gomme arabique (A. senegal et A. seyal) à l’interface solide-liquide sur une surface d’or caractérisée par microbalance à cristal de quartz et par résonance plasmonique de surface. Ce sont des méthodes permettant une détection quantitative, en temps réel, et non invasive de l’adsorption de molécules sur une surface solide. La masse adsorbée, l’épaisseur de la couche ainsi que les propriétés viscoélastiques du film ont ainsi été caractérisés et l’état d’hydratation du film adsorbé a été estimé.
Les deux gommes forment un film viscoélastique très hydraté à l’interface, A. seyal présente cependant un film plus rigide et homogène à faible adsorption sur la surface d’or. L’adsorption est maximale à pH basique et à haute force ionique pour les deux gommes mais l’adsorption de la gomme A. seyal reste toujours inférieure à celle de la gomme A. senegal. Les résultats obtenus montrent une corrélation entre la quantité de protéine dans les gommes et leurs capacités d’adsorption.

Orateur: Dr DENIS RENARD (INRA)

15:30 Effect of Molecular Weights on the Physical Properties and Microstructure of Poly(lactic acid)

A three-phase microstructure involving crystalline, rigid and mobile amorphous regions has been successfully used to describe the macromolecular arrangements in poly(lactic acid) (PLA). The establishment of a rigid amorphous fraction, in particular, is dependent on the molecular motions of polymer chains during crystallization; Our aim is to understand the contribution of the size of the polymer chains (related to their number average molar mass, Mn) on its molecular structure during crystallization. To achieve this, a commercial grade of PLA was hydrolyzed by extrusion in controlled conditions of time, temperature and water content. The glass transition temperatures of these fractions obey the Flory-Fox model and reach a plateau beyond ~20000 g/mol. Preliminary measurements performed by Differential Scanning Calorimeter (DSC) showed that, as Mn decreases and reaches values lower than ~40000 g/mol, cold crystallization starts to occur. As Mn further decreases, the melting peaks associated to cold-crystallized domains gradually shifts towards lower temperatures. PLA crystallizes easier when the polymer chains are shorter, which was confirmed by optical polarizing microscopy. Further characterizations by temperature-modulated DSC were performed to determine whether Mn affects the specific heat capacities at the glass transition and how the rigid amorphous fraction evolves with Mn.

Orateur: Dr Yoga Sugama Salim (Normandie Univ, ENSICAEN, UNICAEN, CNRS, LCMT)

15:45 Etude du lien entre la diminution du volume libre et le caractère coopératif de la transition vitreuse par plastification du polylactide

D’après le concept de Régions de Réarrangements Coopératifs (CRR), les dynamiques relaxationnelles s’opérant à la transition vitreuse nécessitent qu’une entité structurale mobilise les entités voisines. Le phénomène est alors dit coopératif, et chaque CRR est caractérisée par des variables dynamiques et thermodynamiques qui lui sont propres. Ce concept est parfois proposé pour expliquer le ralentissement brutal des dynamiques relaxationnelles lorsqu’un liquide devient formateur d’un verre. Dans ce travail, nous avons appliqué l’approche de fluctuation de température pour calculer la taille des CRR dans le polylactide. En associant les techniques de spectroscopie de relaxation diélectrique et d’analyse calorimétrique différentielle à modulation de température, nous avons analysé la variation de la coopérativité durant le ralentissement des dynamiques relaxationnelles. Nous avons plastifié le polylactide à différents pourcentages, et caractérisé les variations résultantes de volume libre par spectroscopie temps de vie à annihilation de positrons. Nous avons observé sur une gamme de température élargie que l’augmentation de coopérativité durant le ralentissement des dynamiques relaxationnelles était corrélée à une diminution du volume libre. Nous avons également mis en évidence une corrélation directe entre la taille des CRR et l’énergie d’activation du processus relaxationnel.

Orateur: Dr Nicolas Delpouve (Normandie Université, Université de Rouen, Groupe de Physique des Matériaux)

14:00 → 16:00 Séance Parallèle: 4.3 Simulateurs quantiques

14:00 Quantum Simulation

The quantum simulation program was introduced by Richard Feynman in a 1981 visionary paper. In these early days of computers, Feynman raised the simple but profound question: can one simulate a collection of interacting quantum systems with computers? Noticing the exponential growth of the Hilbert space with the number of particles, Feynman suggested to realize analog quantum simulators to gain information on complex many-body physics problems. These are ubiquitous in Nature, and encountered in condensed matter systems, nuclear physics and neutron stars, as well as in high energy physics.
Thanks to recent developments in the control of individual quantum systems on the one hand, and to advances in theoretical quantum information on the other hand, the field of quantum computing and quantum simulation is experiencing today a spectacular growth. Numerous academic groups as well as private companies are active in this research field characterized by a variety of experimental platforms to address quantum many-body problems.
In this presentation we will first review the basic concepts of quantum simulation and outline similarities and differences with a universal quantum computer. We will discuss the current quantum simulation platforms ranging from trapped ions and cold atoms, to cryogenic Josephson junctions and photonic systems. We will give a few examples of recent results. Open questions and challenges in this field will finally be outlined.

Orateur: Christophe Salomon (Ecole Normale supérieure)

QuantSim_SFP_Nantes_Salomon_fin3.pdf

14:30 Quantum Zeno Dynamics in 3D circuit-QED

We present our observation of the quantum Zeno dynamics (QZD) [1] in a 3D circuit-QED [2] system, where an artificial atom, consisting of a superconducting circuit called a transmon [3], is coupled to the electric field of a microwave cavity resonator. The transmon and resonator energy levels are aligned in a novel way enabling the manipulation of individual Fock states of the cavity, while minimizing its transmon-induced Kerr non-linearity [4]. We induce the QZD as in [5] by displacing classically the cavity field while continuously driving strongly a transmon transition specific to a particular Fock state. The QZD is then observed by measuring the Wigner function of the fields at regular time intervals, by standard quantum tomography and reconstruction of the density matrix. We observe three examples of QZD proposed in [6], and analyze the observed decoherence with the help of quantum simulations of the system.

[1] P Facchi and S Pascazio, J. Phys. A: Math. Theor. 41 (2008).
[2] A. Blais et al., Phys. Rev. A. 69 (2004).
[3] J. Koch et al., Phys. Rev. A. 76 (2007).
[4] K. Juliusson et al., Phys. Rev. A 94 (2016).
[5] L. Bretheau et al., Science 348, 6236 (2015)
[6] J. M. Raimond et al., Phys. Rev. A. 86 (2012).

Orateur: Denis Vion (CEA-SPEC-Quantronique)

14:43 Simulation analogique de deux oscillateurs en couplage ultra-fort

Quand le taux de couplage entre deux systèmes quantiques devient de l’ordre de leur fréquences, cela induit des conséquences dramatiques sur leur dynamique et même sur la nature de leur état fondamental. Le cas d’un qubit couplé à un oscillateur harmonique de manière ultra-forte avait été étudié théoriquement et expérimentalement. Ici, nous explorons le cas de deux oscillateurs harmoniques dans le régime du couplage ultra-fort. Les propriétés de leur état fondamental restent inaccessibles à la mesure dans les implémentations naturelles. Nous avons alors réalisé une simulation quantique analogique de ce système couplé en appliquant deux pompes aux fréquences différentes sur un circuit supraconducteur non-linéaire. Le taux de couplage effectif est directement modulé par les amplitudes des pompes. Nous observons la signature spectrale de l’hybridization de modes, caractéristique du couplage ultra-fort. Nous présentons la démonstration expérimentale de la propriété clef de l’état fondamental de ce couplage ultra-fort simulé, en détectant la compression des champs irradiées sous le seuil de fluctuations du vide, à la fois à un mode et à deux modes.

Orateur: Dr Danijela Marković (Unité Mixte de Physique CNRS/Thales)

14:56 Characterization of Mott insulators through momentum-space atom correlations

We report on the investigation of the three-dimensional single-atom-resolved distributions of bosonic Mott insulators in momentum-space. Firstly, we measure the two-body correlations deep in the Mott regime, finding a perfectly contrasted bunching whose periodicity reproduces the reciprocal lattice. In addition, we show that the two-body correlation length is inversely proportional to the in-trap size of the Mott state. Our findings show that the quantum statistics of ideal bosons uniformly distributed in the lattice sites quantitatively captures momentum-space correlations of a Mott insulator at vanishing tunnelling. Secondly, we extract the spectral weight of the Mott quasi-particles from the momentum distributions. On approaching the transition towards a superfluid, the momentum spread of the spectral weight decreases as a result of the increased mobility of the quasi-particles.

Orateur: David Clément (Institut d'Optique)

SFP2019-Clement.pdf

15:09 Spin manipulation inside an atomic quantum point contact

We report on a few remarkable transport properties of lithium-6 atoms through a quantum point contact (QPC) precisely defined by a set of optical potentials. The versatility of cold-atom techniques allows us to directly measure and control spin currents and to tune interatomic interactions.
We locally lift the spin degeneracy of atoms inside the QPC using an optical tweezer tuned very close to atomic resonance. We observe quantized, spin-polarized transport that is robust to dissipation and sensitive to interaction effects. The effective magnetic field created by the optical tweezer can be twice larger than the Fermi energy whilst having the spatial extend of a Fermi wavelength.
These results open the way to the quantum simulation of spin caloritronics and spintronic devices with cold atoms.

Orateur: Philipp Fabritius (ETH Zurich)

15:22 Controlling Dipolar Exchange Interactions in a Dense 3D Array of Large Spin Fermions

Ultracold atoms loaded into optical lattices have developed over the last two decades into an excellent platform to study quantum many-body problems. Their high degree of isolation, purity and tunability have enabled to reach regimes, that challenge theoretical state-of-the-art tools and that are inaccessible for present supercomputers.

In my talk, I report on our joint experimental and theoretical study of large and dense quantum gases of fermionic erbium loaded into a deep three-dimensional optical lattice. The atoms posses a strong magnetic dipole moment, that allows for dipolar off-site coupling between individual atoms. Furthermore, they exhibit an internal hyperfine-manifold of 20 spin states ($m_F$). By combining both features, our system realizes a large-spin, long-range \textit{XXZ Heisenberg model}. Initializing the system in a target $m_F$ state, we study the non-equilibrium, dipolar-driven spin-exchange dynamics and find a diffusion of the spin population. We demonstrate the tunability of the diffusion rate by either changing the initially prepared $m_F$ state, or by directly tuning the orientation of the atomic magnetic moments.
Finally, we benchmark our experiment with an advanced theoretical model and find very good agreement. The theory reveals the important role of quantum dynamics (beyond the meanfield level) and shows the significance of beyond nearest-neighbor effects.

Orateur: M. Daniel Petter (University of Innsbruck)

15:35 Quantum simulations for dipolar spin systems in optical lattices

We study spin systems made of large number of spin 3 chromium atoms loaded in 3D optical lattices. We both study out-of-equilibrium spin dynamics from a high energy initial state, and how to reach the ground state of a textbook spin Hamiltonian. Experimental results are compared with different approximated quantum models.

Out-of-equilibrium spin dynamics follows a collective rotation of an initially polarized ensemble, with respect to the external magnetic field.
In deep optical lattices, with unit filling, the pure dipolar spin dynamics is benchmarked by comparison with an improved numerical quantum phase-space method. Although isolated from environment, the many body state reaches an equilibrium at long dynamics time, which is described by a thermal distribution. Our system provides an example of quantum thermalization, where evolution towards a thermal-like state is tied to the growth of entanglement entropy [1].
When varying the lattice depth, we explore regimes where spin dynamics is also due to tunneling and super exchange processes. We compare our results with approximated models, i.e. the Gutzwiller approach.

We also present preliminary results about the experimental realization of an XXZ transverse spin Hamiltonian. By ramping the transverse field, we are able to produce non trivial spin states, and investigate a phase diagram which can be compared to both mean field and quantum simulations.

[1] Lepoutre et al, accepted at Nature Communication

Orateur: laurent vernac (laboratoire de physique des lasers)

SFP2019.pdf

15:48 Décohérence et diffusion anormale en impulsion d'un gaz de Bose-Hubbard soumis à dissipation.

Les interférences sont un phénomène central de la mécanique quantique, et permettent de révéler expérimentalement la cohérence de certains états quantiques. Pour autant, ces interférences peuvent être rapidement brouillés par couplage non contrôlé avec un environnement - un phénomène que l'on appelle décohérence. Par ailleurs, les interactions entre particules sont souvent associées à une accélération de cette décohérence, comme en témoigne l'élargissement collisionnel dans les gaz dilués. Nous étudions ici la perte de cohérence spatiale, induite par émission spontanée, d'un gaz bosonique dégénéré sur réseau optique, où les interactions jouent un rôle crucial. Alors que de fortes interactions vont souvent de paire avec une faible cohérence spatiale, nous observons qu'elles freinent la décohérence. La distribution en impulsion du gaz s'étale de façon anormale et ralentie, en $t^{1/4}$. Ce ralentissement est en fait la manifestation sous-jacente d'une dynamique sous-diffusive dans l'espace des configurations, où la relaxation du système est gênée par les interactions.

Orateur: Raphaël Bouganne

SFP_july2019.pdf

14:00 → 16:00 Séance Parallèle: 4.4 Physique à l'échelle de l'atto-seconde

14:00 Dynamique attoseconde de photoionisation

La dynamique ultra-rapide à l’échelle de temps de l’attoseconde est au cœur des processus induits par l’absorption de photons énergétiques. Ces dernières années, les impulsions de lumière attosecondes ont permis l’étude temporelle de la dynamique de photoionisation. En particulier, les mesures résolues en temps de l'émission d'électron dans les atomes dévoilent une dynamique ultra-rapide de dispersion des paquets d’ondes électroniques émis. Nous présentons les récents travaux où nous caractérisons cette dynamique de dispersion des paquets d’ondes dans les gaz rares.
Les expériences ont été effectuées en utilisant des trains d'impulsions attosecondes dans une gamme d'énergie de photons de 30 à 100 eV. L'énergie cinétique des électrons émis est analysée avec un spectromètre à bouteille magnétique. La dispersion des paquets d'ondes électroniques est caractérisée par une technique d'interférométrie avec un laser de sonde ce qui permet d’extraire des informations sur la dynamique de photoionisation pour différents atomes.
Soutenu par des calculs théoriques, nous démontrons que le retard de groupe du paquet d'ondes électroniques comporte des informations sur le potentiel atomique. Nous montrons qu’il est ainsi possible d’étudier les corrélations électroniques dans les cas de la photoionisation simple. Finalement, nous présentons nos récents travaux sur les états autoionisants.
Ces travaux de « métrologie attoseconde » sont à la fondation d’études de systèmes plus complexes.

Orateur: Mathieu Gisselbrecht (Lund University)

14:30 COHERENT ELECTRON AND NUCLEAR DYNAMICS IN MOLECULES

Excitation or ionisation of a molecule with a short (attosecond) pulse leads to the coherent population of several electronic states, called an electronic wavepacket. The interference between electronic states in such a superposition, alternating between constructive and destructive, leads to oscillating motion of the electron cloud [1]. This purely quantum process relies on the coherence of the electronic wavepacket. A fundamental challenge is to understand to what extent the electronic wavepacket retains its coherence, i.e., how long the oscillations in the electron cloud survive, in the presence of interactions with the nuclei of the molecule [2,3]. To address this question, we have developed semi-classical and quantum mechanical methods [4,5] to simulate the dynamics upon ionisation of polyatomic molecules. The nuclear motion induced by an electronic wavepacket is also of interest in the context of attochemistry.

(1) Vacher, Mendive-Tapia, Bearpark, Robb, J. Chem. Phys. 2015, 142, 094105.
(2) Vacher, Steinberg, Jenkins, Bearpark, Robb, Phys. Rev. A. 2015, 92, 040502(R).
(3) Vacher, Bearpark, Robb, Malhado, Phys. Rev. Lett. 2017, 118, 083001.
(4) Vacher, Mendive-Tapia, Bearpark, Robb, Theor. Chem. Acc. 2014, 133, 1505.
(5) Vacher, Bearpark, Robb, Theor. Chem. Acc. 2016, 135, 187.

Orateur: Morgane Vacher (Uppsala University)

14:45 Interférométrie attoseconde dans les molécules

Avec l'apparition des impulsions de lumière XUV attoseconde, il est devenu possible de suivre des dynamiques électroniques aux échelles de temps et d'espace naturelles du mouvement des électrons. Des méthodes interférométriques, telles que le RABBITT [1] ont permis de mesurer des retards/avances d'éjection de l'électron photoionisé de l'ordre de quelques dizaines d'attosecondes dans les atomes. Dans les molécules, une plus large gamme de dynamiques électroniques est attendue [2]. En effet, la richesse spectroscopique des molécules, l'augmentation du nombre de degrés de libertés ainsi que l'importance de la corrélation électronique ouvrent la voie à l'observation de nouveaux mécanismes électroniques.

Lors de cet exposé, il sera présenté différentes méthodes interférométriques permettant d'extraire ou de localiser des mécanismes électroniques à l'échelle attosecondes dans les molécules. Dans N2, nous présentons une méthodes séparant les états électroniques X et A [3] mettant en évidence des retards de photoionisation liés à la résonance de forme [4]. Nous mettrons en évidence les particularités moléculaires de la relaxation femtoseconde des états créés aux échelles de temps attosecondes [5].

[1] P. M. Paul et al. Science 292 1689-92 (2001).
[2] M. J. J. Vrakking, and F. Lépine, Attosecond Molecular Dynamics (2019).
[3] V. Loriot, et al., J. Opt. 19 114003 (2017).
[4] V. Loriot, en préparation.
[5] A. Marciniak, et al., Nature commun. 10 337 (2019).

Orateur: Vincent Loriot (Institut Lumière Matière)

15:00 Contrôle sub-cycle de la chiralité optique instantanée dans la photoionisation de molécules chirales

La photoionisation de molécules chirales par un champ polarisé circulairement est une sonde efficace de la chiralité en phase gaz. La Distribution Angulaire de Photoélectrons (PAD) montre une asymétrie avant/arrière dans la direction de propagation du laser appelée Dichroïsme Circulaire de PhotoElectrons (PECD) et dépendant de l’hélicité du champ et de l’énantiomère. Le PECD a toujours été étudié avec des champs XUV dont l’ellipticité est indépendante du temps. Les développements récents en spectroscopie attoseconde montrent que les champs laser bichromatiques permettent de mesurer et contrôler finement les propriétés temporelles de la photoionisation. En variant la phase relative entre un champ linéaire et sa 2ème harmonique orthogonale, nous contrôlons le profil temporel sub-cycle du champ, soit son ellipticité et chiralité instantanée. En collectant la projection 2D de la PAD, nous observons une asymétrie avant/arrière antisymétrique haut/bas fortement dépendante de la phase relative entre les deux couleurs. Ce signal antisymétrique (ESCARGOT) ouvre de nouvelles pistes de recherche quant à l’influence de la chiralité instantanée de la lumière dans la dynamique du processus de photoionisation.

Orateur: S. Beauvarlet (CELIA, Talence, France)

15:15 Spectroscopie d’interface avec des impulsions attosecondes large bande

Ici nous combinons la résolution temporelle offerte par des impulsions attosecondes avec une résolution spatiale sub-longueur d'onde. Nous employons la diffusion de rayons X résonante à dimension critique$^1$ (Fig. 1.a) sur un échantillon de silicium structuré. La diffusion est mesurée en réflexion avec des impulsions couvrant 20 à 140 eV (Fig. 1.b). La réponse du volume (Fig. 1.c) est séparée de la réponse de l’interface, ici une fine couche native de SiO2 (Fig 1.d). Les dimensions de l’échantillon sont obtenues par simulation numérique, en particulier l’épaisseur de la couche de SiO2 de 1.5 nm. Finalement, des mesures de réflectivité transitoire attoseconde$^2$ sont réalisées avec une résolution de 5 fs (Fig. 1e). Les dynamiques électroniques du volume et de l’interface sont ainsi mesurées. Cela ouvre des possibilités de sonder des processus électroniques ultrarapides aux interfaces (e.g. dans des molécules adsorbées ou des hétérostructures). De plus, cette étude constitue une nouvelle alternative pour la métrologie de structures nanométriques, un besoin important pour l’industrie des semi-conducteurs.

1. I. A. Cordova, G. Freychet, et al., (submitted).
2. R. Géneaux, H. Marroux, et al., Phil.Trans. R. Soc. A 20170463 (2019).

Orateur: Romain Géneaux (UC Berkeley)

15:30 Migration de charges au sein de l'acide propiolique et son déphasage dû au couplage avec les mouvements nucléaires

Du fait de la corrélation électronique, l'ionisation d'un système moléculaire peut mener à une dynamique de charges ultrarapide connue sous le nom de migration de charges. Une interrogation actuelle est de savoir si ces dynamiques survivent suffisamment longtemps pour être observées ou si la dynamique nucléaire mène à une décohérence rapide empêchant la charge de migrer. Dans le but d'apporter un éclairage à cette interrogation, nous avons étudié les migrations de charges existantes pour l'acide propiolique.

En utilisant la méthode ADC(3), nous avons identifié une migration de charges apparaissant au sein de cette molécule après l'ionisation de son HOMO. Cette dynamique consiste en une oscillation de la charge entre la triple liaison carbone et l'oxygène carbonyle de la molécule avec une période de 6,2 fs. L'impact de la dynamique nucléaire a ensuite été introduit en utilisant un Hamiltonien de couplage vibronique. La méthode MCTDH a été utilisée pour réaliser une simulation purement quantique de cette dynamique couplée électro-nucléaire, en tenant compte de l'ensemble des 26 électrons de valence de la molécule, de l'ensemble de ces 15 degrés de liberté nucléaires ainsi que des 4 états cationiques présents dans la région d'énergie concernée. La migration de charges survie à la décohérence induite par la dynamique nucléaire suffisamment longtemps pour être observée et contrôlée. Ainsi cette molécule peut être un bon choix pour l'étude expérimentale des migrations de charges.

Orateur: Dr Victor Despré (Universität Heidelberg)

15:45 Métrologie temporelle des sources XUV ultra-brèves: Application aux harmoniques d'ordre élevé générées par miroir plasma

Les sources ultra-brèves de rayonnement XUV ouvrent de nouvelles applications dans différents domaines de la physique. Les harmoniques d'ordre élevé (HOE) générées par miroir plasma constituent notamment une des ces sources. Le peigne des fréquences devrait correspondre dans le domaine temporel à un train d’impulsions attosecondes, mais la mesure expérimentale de ce profil temporel est particulièrement difficile à réaliser. Il existe une première tentative, basée sur l'autocorrélation XUV [1]. Nous développons nouveau diagnostic temporel pour les impulsions XUV, basé sur la spectroscopie de photoelectrons résolue angulairement en présence d’un laser d’habillage. Un spectromètre VMI en configuration « lentilles épaisses » a été construit et testé [2].
Le spectromètre VMI a été implémenté sur l’installation UHI100 pour caractériser le profil temporel des HOE générées par miroir plasma. Le montage expérimental sophistiqué permet de superposer spatialement et temporellement l’impulsion XUV et le laser IR d’habillage et de contrôler leur délai avec une précision attoseconde. Des spectres de photoélectrons avec et sans habillage ont été obtenus et leur analyse est en cours. Nous présenterons des résultats préliminaires et nous appuierons sur des simulations numériques pour modéliser l’effet du champ d’habillage sur le spectre de photoélectrons.
Travail est partiellement financé par: LABEX PALM.
[1] Nomura et al., Nature Phys., 5 (2008) 1–5
[2] L. Dakroub et al., cette Conférence

Orateur: Dr Tatyana Sinyakova (ISMO, CNRS, Université Paris-Saclay, Orsay Cedex, 91405, France)

16:00 → 16:30 Pause Café / Coffe break

16:30 → 18:30 Commission: C2.1 Le Plan national pour la science ouverte - implémentations concrètes et actualités

16:30 → 19:00 Commission: C2.2 Quels liens entre physiciens et historiens?

16:30 Commission: C2.2 Quels liens entre physiciens et historiens?

16:45 Société Française d'Histoire des Sciences et des Techniques

Orateur: Muriel GUEDJ

Présentation SFP_SFHST.pdf

17:00 La question de la physique dans la recherche sur les piles à combustible en France des années soixante aux années quatre-vingt

Orateur: Nicolas Simoncini

Nantes juillet 2019.pdf

18:00 Table ronde

CR TBR.pdf

16:30 → 18:30 Commission: C2.3: L'emploi en entreprise des jeunes docteurs en Physique

19:00 → 19:50 Conférence grand public, Claire PACHECO: La physique au service du patrimoine culturel : quand un accélérateur de particules perce les secrets des œuvres d'art

Claire PACHECO, responsable de l'installation AGLAE au musée du Louvre
Résumé
Depuis 30 ans dans les sous-sols du Palais du Louvre, l’Accélérateur Grand Louvre d’Analyse Elémentaire, alias AGLAE, est exclusivement dédié à l’étude d’objets du patrimoine culturel, à l’interface des sciences humaines et naturelles. Parce que ces artefacts sont très souvent uniques, fragiles et précieux, un prélèvement, même micrométrique, n’est pas envisageable. Pour cette raison, une ligne de micro-faisceau a été développée spécialement pour réaliser des analyses par faisceau d’ions dans l’air directement sur l’œuvre.
Pluridisciplinaire, le projet New AGLAE a pour but de mettre à la disposition des équipes de recherche françaises et européennes une ligne de faisceau exceptionnelle et multifonction avec une résolution spatiale, une stabilité de faisceau et une sensibilité de détection des photons X et gamma ainsi que des particules chargées optimisées.
Les étapes du projet ainsi que son état d’avancement seront présentés, en particulier les innovations réalisées en partenariat avec la société Thalès et les motivations de leur choix.
De nombreux cas d’étude sur de prestigieux objets du patrimoine illustreront le propos.

Orateur: Claire Pacheco (Centre de recherche et de restauration des Musées de France)

jeudi 11 juillet

08:00 → 08:30 Accueil des participants

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 5.1 Plasmas et accélérateurs: état de l'art et machines du futur 2

08:30 Accélération d’électrons : des sources conventionnelles au couplage avec les lasers et les plasmas

Les accélérateurs d’électrons sont utilisés de nos jours pour des programmes de recherche, mais aussi pour de nombreuses applications. Les cavités résonnantes constituent l’accélération conventionnelle, qui s’est diversifiée en terme de fréquence de l’onde accélératrice pour répondre aux besoins de fort gradient dans ces structures ainsi que de besoins de paquets d’électrons courts femtosecondes. Les lasers sont de plus en plus présents sur les accélérateurs pour créer des faisceaux d’électrons, des ondes accélératrices de haute fréquence, mettre en forme des faisceaux d’électrons. Les plasmas sont aussi employés pour focaliser ou créer une onde accélératrice de haute fréquence et fort gradient.
Tout d’abord, les différentes sources d’électrons ainsi que leurs performances seront passées en revue. Ensuite, les nouvelles approches combinant différents types de structures accélératrices seront abordées. Pour terminer, les expériences combinant accélération conventionnelle et des couplages avec les lasers et les plasmas seront présentées.

Orateur: christelle bruni (LAL)

09:00 Le projet d'accélérateur plasma EuPRAXIA

Le projet EuPRAXIA vise à produire un Rapport de Design Conceptuel prêt pour la construction, dans les années 2020, d’une Infrastructure de Recherche Européenne centrée sur un accélérateur à base de champ de sillage dans les plasmas. Cet accélérateur devra être capable de délivrer un faisceau d’électrons de 5 GeV assez fiable et stable à des applications sur site, de type laser à électrons libres et physique de haute énergie. Cette présentation rappelle le contexte d’EuPRAXIA avec ses laboratoires membres et détaille ses objectifs en termes de qualité faisceau. Des études en cours explorant différentes techniques d'accélération dans différentes configurations d'accélération sont présentées, montrant les efforts déployés pour répondre aux objectifs ambitieux et les exigences qui en résultent en termes de performances de laser et de plasma.

Orateur: Phu Anh Phi Nghiem (CEA-IRFU, Université Paris-Saclay, 91191 Gif sur Yvette.)

Nghiem-Le projet EuPRAXIA.pdf

09:30 MeMeMeson catalyse de la fusion thermonucléaire en plasma ultra-denseese

Les lasers ultra-intenses rendent possible la production de faisceaux d'electrons
ultra-relativistes pouvant ètre utilisés dans la génération inélastique de mésons
chargés négatifs dans un plasma ultra-dense de deuterium-tritium.
On se propose d'explorer la catalyse muonique des réactions thermonucléaires
dans des milieux ionisés de durée très brève,assurant la non-capture des mésons
chargés par les alphas produits dans ces processus.
De nouveaux schémas binaire et ternaires de recombinaison ion-méson sont alors identifiés[1].
La possibilité d'une production d'énergie surpassant le cout de production du méson catalyseur est démontrée.

[1] C.Deutsch,J.P.Didelez,M.Bendib et K.Bendib,Phys Rev E98,053204 (2018)

Orateur: Prof. Claude Deutsch (LPGP)

two-body3.pdf

09:55 Miniaturisation of a beam-driven plasma wakefield accelerators by using relativistic electron beams produced in laser-driven plasma wakefield

Plasma wakefield acceleration is a promising concept for a compact electron accelerator with broad range of future applications, such as high energy physics or secondary light sources. Plasma can sustain accelerating fields > 100 GeV/m, driven by intense laser pulses (LWFA) or relativistic particle beams (PWFA). The latter one allows to overcome limitations on the accelerating length caused by the speed difference between laser and accelerated beam in LWFA, but requires a dense beam of relativistic particles to drive the wakefield, which are produced by expensive large scale conventional accelerators.
Here we report on the novel approach to generate PWFA by utilising relativistic electron beams accelerated by laser (LWFA), with a thin solid target between the two stages to block the laser. This hybrid concept opens the way for miniature PWFA accelerators that can allow to tackle important physics challenges for plasma accelerators, such as beam quality preservation and high energy efficiency, and to generate ultra-bright beams of electrons.
We will present results of a hybrid plasma wakefield acceleration experiments, recently performed in LOA (France) using 60 TW laser system, in particular showing the importance of electromagnetic plasma instabilities developing in the thin foil for the dynamics of the electron beam, as well as first experimental demonstration of successful acceleration of electron beam in a hybrid accelerator, observed in HZDR (Germany) using 100 TW laser.

Orateur: O. Kononenko (LOA, ENSTA ParisTech, CNRS, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris)

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 5.2 La radio-chimie théorique aux interfaces physique/chimie et théorie/expérience

08:30 Modélisation moléculaire pour les radioéléments de la phase gazeuse à la phase solvatée

Les approches de la modélisation moléculaire apportent des modèles virtuels aux échelles microscopique et nanoscopique des propriétés dynamiques, structurales, électroniques et magnétiques de complexes soit isolés en phase gazeuse soit dans un environnement complexe (solvant, solide, interface,...). Le développement et l'utilisation de ces approches dans un "laboratoire virtuel" sont d'autant plus pertinents lorsque l'on s'intéresse aux radioéléments, qui de par leur radio toxicité ne peuvent être étudiés que sous des formes peu concentrées d'"ultra-traces" et uniquement dans des laboratoires expérimentaux sécurisés.

Nous illustrerons les apports de la modélisation moléculaire s'appuyant sur la chimie quantique et la dynamique moléculaire pour la compréhension des propriétés de produits de fission, de lanthanides et d'actinides.
Nous montrerons l’utilité des calculs de chimie quantique pour la caractérisation et à quantification des espèces volatiles de produits de fission.
La modélisation moléculaire permet aussi l'identification et la détermination des stoichiometries et géométries des espèces chimiques, en complément d'expériences d'EXAFS (« Extended X-ray Absorption Fine Structure »), mais aussi de prédire “in silico” leurs propriétés thermodynamiques. Nous présenterons le calcul de propriétés spectroscopiques de valence et d'ionisation d'halogénures (incluant la radioélément astate), qui sont le reflet de la structure électronique et des interactions locales.

Orateur: Valérie Vallet (CNRS - Laboratoire PhLAM - Université Lille1)

SFP2019-Vallet.pdf

09:00 Liaisons halogène impliquant l’astate : la preuve par l’expérience et la théorie conjuguées

La chimie de l’astate (At, Z = 85), élément chimique rare et radioactif, demeure particulièrement méconnue [1]. L’exploration de cette chimie est un sujet d’étude spécifique au site Nantais, de part l’accès aux productions du cyclotron haute intensité et haute énergie ARRONAX. A l’image des autres éléments de la famille des halogènes, il était attendu que l’astate soit en mesure de former des interactions moléculaires par liaison halogène. La liaison halogène est une interaction attractive très directionnelle qui s’établit entre une région déficiente en électrons de l’halogène, appelée trou sigma (σ), et un site riche en électrons d’une base de Lewis (B). La synergie entre radiochimistes et chimistes théoriciens a permis de caractériser les tout premiers systèmes impliquant l’astate comme donneur de liaison halogène [2].

En effet, l’astate étant l’élément le plus rare présent sur Terre, les outils spectroscopiques usuels des chimistes sont insuffisants pour investiguer sa chimie. Toutefois, les expériences de radiochimie permettent par des méthodes indirectes d’accéder aux constantes des équilibres [3]. Pour chaque système R–At···B envisagé, des calculs DFT relativistes sont menés sur les complexes possibles de liaison halogène afin de déterminer pour comparaison les constantes thermodynamiques associées.

[1] D. S. Wilbur, Nat. Chem., p 246, 2013
[2] N. Guo et al., Nat. Chem., p 428, 2018
[3] N. Guo et al., Angew. Chem. Int. Ed., p 15369, 2016

Orateur: Dr Nicolas GALLAND (Université de Nantes)

2019 CG-SFP Nicolas.pdf

09:15 Towards a stronger halogen bond involving At — Investigation of halogen-bonded adducts of AtI and Bu3PO

Astatine (At, Z=85) is a radioelement belonging to the halogen group. One of the astatine isotopes, At-211, is considered as a promising candidate for targeted alpha-immunotherapy. A prerequisite is to efficiently label carrier-targeting agents with At-211, which requires knowledge on astatine chemistry and to investigate its reactivity.
A halogen bond corresponds to the interaction between an electrophilic region of a halogenated compound R-X (called halogen-bond donor) and a Lewis base B (called halogen-bond acceptor). Recently, some of us have evidenced the very first halogen bonds involving astatine, that is between the astatine monoiodide (AtI) and nine Lewis bases. The associated equilibrium constants (log KBAtI) were measured through competition experiments. The present work aims at extending the previous halogen-bond scale and looking for stronger halogen-bond acceptors for AtI. To this end, the Lewis base tri-n-butylphosphine oxide (Bu3PO) was selected. In contrast with the previous study, Bu3PO can not only lead to 1:1 adduct (B∙∙∙AtI), but also to 1:2 one (B2∙∙∙AtI). The equilibrium constant for the formation of the 1:1 adduct is 4.16 ± 0.34, which is in good agreement with the theoretical calculations. For now, it is the strongest halogen-bond involving At that has been reported. The nature of the 1:2 adduct, which is quite original from a chemist’s point of view, will be revealed by means of relativistic quantum mechanical calculations.

Orateur: Lu Liu (SUBATECH)

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09:30 Modélisation réaliste de la spectroscopie électronique du Pa(IV) en solution aqueuse

La spéciation des ions lanthanides (Ln) et actinides (An) dans les systèmes aqueux est de la plus haute importance pour la conception et le développement d’agents extractant sélectifs pour la séparation.
Parmi les techniques de spectroscopie, l'absorption UV-vis et la spectroscopie de fluorescence peuvent également être utilisées pour mieux caractériser la sphère de coordination Ln/An.
Cependant, pour ces éléments, en particulier pour les actinides, leurs propriétés dépendent en grande partie de leurs interactions avec leur environnement. En tant que tel, une modélisation pertinente devra explicitement prendre en compte les effets du milieu (interaction avec les ligands les plus proches et au-delà, effets de la température,…).
Notre groupe développe et utilise des outils automatisés et des modèles quantiques ou classiques appelés "ab initio" pour mieux comprendre et mieux caractériser les propriétés dynamiques et les propriétés liées à la structure électronique de systèmes moléculaires contenant des radioéléments en milieu liquide.
Dans le cadre de cette conférence, nous parlerons spécifiquement du développement de champs de force classiques associés à des calculs de pointe * ab initio *, afin de sonder les propriétés dynamiques et spectroscopiques de Pa (IV) en milieu aqueux.

Orateur: Florent Réal (Univ de Lille, Lab PhLAM)

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09:45 Etude structurale en phase gazeuse de complexes anioniques de nitrate d’uranyle

La structure et la réactivité des complexes de nitrate d’actinides fait l’objet de recherches approfondies car elles dictent l'élimination finale de ces métaux dans les processus industriels et l'environnement. En solution, l’étude de complexes de l’uranyle par des ions nitrates est difficile à réaliser de par la présence d’autres espèces et des effets de solvant. L’étude en phase gaz permet de s’affranchir de ces obstacles. De plus, des espèces chimiques exotiques non accessibles en solution peuvent aussi être obtenues, ce qui est intéressant d'un point de vue fondamental. Une avancée majeure dans la compréhension de la complexation de l'uranyle est venue des études spectroscopiques dans lesquelles un laser à électrons libres est utilisé pour obtenir les spectres vibrationnels de complexes d'uranyle; les complexes d'uranyle étant produits par ESI et piégé dans un FTICR/MS. Nous verrons que l'alliance de la méthode expérimentale de spectroscopie d'action (IRMPD) et des calculs théoriques est une méthode efficace pour l’étude de complexes provenant de la fragmentation de l’espèce $[(UO_{2})(NO_{3})_{3}]^{-}$. Les spectres IRMPD obtenus, sont systématiquement comparés aux spectres calculés par des méthodes de chimie quantique, pour les différents isomères possibles. Cette confrontation entre les spectres expérimentaux et ceux calculés a permis l’interprétation des bandes ainsi que la caractérisation des structures de plus basse énergie pour différentes fragments obtenus.

Orateur: Eric Renault ({UAI}0440984F)

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10:00 Protactinium : un actinide singulier

Dans le tableau périodique, le protactinium se situe à l’intersection entre la série des actinides et le groupe 5 des éléments de transition. A son degré d’oxydation le plus stable (+5), son comportement chimique diffère de celui des actinides mais présente parfois des similitudes avec celui de Nb et Ta. En raison d’une tendance marquée à l’hydrolyse de Pa(V), conduisant à des phénomènes de polymérisation et de précipitation, des solutions de Pa en macro-concentration (CPa > 10-5M) thermodynamiquement stables ne peuvent être obtenues qu’en présence de complexants forts. Les études expérimentales sont donc conduites selon deux approches : thermodynamique, en mettant en jeu des méthodes de partage avec l’élément à l’échelle des ultra-traces (CPa < 10-10M), et structurale par spectroscopie d’absorption des rayons X (CPa ~10-3M). Il a ainsi pu être établi que les complexes de Pa(V) ne possèdent pas de liaison transdioxo, à la différence des actinides (V) et (VI) en solution aqueuse : selon leur environnement, les complexes se caractérisent par la présence d’une liaison mono oxo (oxalate, sulfate) ou zéro (fluorure). Mais les spectres EXAFS enregistrés sur des systèmes Pa-polyaminocarboxylates restent difficiles à analyser en raison de l’absence de composés modèles. Le recours à des calculs théoriques permettant de déterminer les géométries les plus stables constitue une option particulièrement adaptée aux études sur la chimie du protactinium et des actinides en général.

Orateur: Dr Claire LE NAOUR (CNRS)

10:15 Stabilité des fluorures de protactinium en solution acide : étude par Dynamique Moléculaire Quantique

La recherche en radiochimie fondamentale est principalement axée sur l’interaction dans l’environnement des radionucléides avec les ligands présents. Ces travaux conduisent à étudier les interactions entre actinides et ligands, afin de déterminer des données thermodynamiques et structurales des complexes formés. L’aspect simulation numérique est indispensable pour la confrontation avec l’expérience. L’avantage de calculs en température sur les simulations moléculaires standard à 0K est la possibilité de laisser évoluer naturellement un système vers sa structure d’équilibre et d’avoir accès de manière ab initio à sa géométrie et à son hydratation par exemple. Situé entre le thorium et l’uranium, le protactinium présente un seul degré d’oxydation stable en solution : Pa5+. En milieu fluorhydrique acide (10-3 M à 6-8 M) le protactinium forme l’anion PaF72- qui est l’espèce prédominante mais à de plus hautes concentrations PaF83- peut être observé. A faibles concentrations un grand nombre d’ions fluoro ou oxo-fluoro et d’hydroxydes sont attendus avec des stabilités plus ou moins grandes: PaF94-, PaF83-, PaF72-, PaF6, PaF5, PaF4+, PaOF52-, PaOF4-1, PaOF3, PaOF2+, PaO2F, PaO3F2-, PaO4F4-, PaO5F6-. Des calculs réalisés à OK à l’aide du code de structure électronique ABINIT ont permis de déterminer la géométrie de ces ions en phase gaz ainsi que leur enthalpie de dissociation ce qui a permis d’exclure PaF9 et PaO5F instables.

Orateur: Bruno Siberchicot (CEA – DAM – Ile-de-France)

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08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 5.3 Metamatériaux, plasmonique

08:30 Théorie modale des nanorésonateurs: un exemple de physique non-Hermitienne

Parce qu'ils améliorent et localisent les champs, les nanorésonateurs sont des éléments clés pour contrôler la lumière. Ce contrôle est finalement limité par notre capacité à combiner plusieurs nanorésonances, à permettre des transferts d'énergie entre elles et à comprendre comment chaque mode individuel interfère précisément pour créer de nouveaux états résonants qui se chevauchent dans l'espace et l'énergie. Les modes de résonateur sont à fuites et ont donc des fréquences complexes (ou énergie), ce qui fait référence à la physique non Hermitienne. Nous allons revoir les bases : comment définir, calculer, normaliser et exciter les modes de résonance, puis nous nous pencherons sur les notions élémentaires de facteur de qualité et de mode volume.
Voir Laser Photonics Rev. 2018, 12, 1700113 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.201700113 pour un aperçu.

Orateur: Etienne Brasselet

09:00 Chiral plasmonic effects probed at the single-nanoparticle level

Metallic nanoparticles are keystones for the development of nanoprobes due to their Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) which may present an anisotropic feature if the nanoparticle or its direct environment is anisotropic [1]. This property can be exploited to probe environment, especially the circular anisotropy of a chiral surrounding medium. Moreover, this chiral environmental response can be enhanced, due to the hot spots around the nanoparticle at resonance [2]. The development of chiral nanoprobes to detect enantiomeric excess at the nanoscale is still a challenge which requires developments of new technics in optics dedicated to polarization measurements.
Here we report on the development of a new setup combining polarization modulation with spatial modulation spectroscopy (SMS) [3] to investigate the anisotropic response of individual nano-objects. We first show evidence that the anisotropy of dimers of 50 nm-radius gold nano-spheres can be totally characterized with this setup.
Influence of the geometry of chiral gold nano-objects (GNO) on the circular dichroism they exhibit is then investigated through numerical calculations and compared to preliminary experimental results on GNO produced by nanolithography. In the near future, this new setup will permit to investigate the coupling between GNO and chiral molecules.

[1] Collins et al., Adv Opt Mater, 5, 1700182, 2017
[2] Zhai et al., Nanoscale, 7, 10690, 2015
[3] Billaud et al., RSI, 81, 43101, 2010

Orateur: F. Perrier (Univ. Lyon, UCBL, CNRS, Institut Lumière Matière, F-69622, Villeurbanne, France)

FlorianePerrier_SFP2019_.pdf

09:15 Quasi-confined ENZ mode in an anisotropic uniaxial thin slab

In this communication, we present a numerical modal study of a simple slab, made of an uniaxial anisotropic material having an "epsilon-near-zero" (ENZ) dielectric function, surrounded by vacuum. We use anisotropic Drude models as toy models to study the effect of uniaxial anisotropy of type I and type II on the different electromagnetic modes of the system.

In addition to the so-called ENZ mode, studied in detail by Campione et. al [Phys. Rev. B 91, 121408(R) (2015)], the slab can support quasi-confined (QC) mode in the type I and type II anisotropy frequency ranges. We show that those modes exhibit a strong electric field enhancement, caused by the ENZ character of the dielectric function. In strong contrast with the ENZ mode, QC modes can have a strong electric field enhancement for thick slabs, with a Fabry-Perot-like electromagnetic field distribution spanning over the whole slab thickness.

This opens the way for large electric field enhancement in thick slabs with QC ENZ modes. Thick slabs also allow metamaterial designs, giving the possibility to engineer the anisotropy of the effective dielectric function, opening interesting perspectives for the control of field enhancement of the ENZ QC modes and their integration in operating devices, such as detectors, sources, or modulators.

Orateur: Simon Vassant (CEA)

09:30 Une nanosource de photons et de plasmons

Pour qu’un jour les circuits plasmoniques puissent devenir une réalité, il faudra disposer d’une nanosource électrique pour ces plasmons de surface. En particulier, des plasmons de surface peuvent être excités électriquement par un faisceau d'électrons de haute énergie de l'ordre de quelques dizaines de keV (par ex., dans un microscope électronique en transmission à balayage). Cependant, un tel dispositif n'est pas compatible des futures applications. Une autre possibilité, qui est à la fois électrique, locale et de basse énergie (de l'ordre de 2 à 3 eV), est d'utiliser une jonction tunnel. Comme prototype, nous pouvons considérer la jonction tunnel formée par la pointe métallique d'un microscope à effet tunnel (STM) d’une part, et un échantillon métallique d’autre part. Les plasmons de surface excités sont ensuite transformés en lumière, et ce sont ces photons qui sont détectés. Une telle nanosource pourrait être donc considérée comme une nanosource de plasmons de surface mais aussi de la lumière. Nous montrerons ici quelques exemples des multiples possibilités offertes par une telle nanosource de plasmons et de photons.

Orateur: Mme Elizabeth Boer-Duchemin (Université Paris-Sud)

10:00 Métasurfaces à fort $\chi^2$ pour une génération efficace de DFG et SHG dans l'infrarouge

Les nanoantennes ont la capacité de manipuler la lumière, en particulier elles peuvent la concentrer dans un volume sub-longueur d'onde, ce qui permet d’exalter les effets non linéaires. Ici, nous introduisons des métasurfaces basées sur un cristal à forte susceptibilité non linéaire inclu dans un résonateur plasmonique. Pour cela nous devons relever plusieurs défis :
- l'orientation du cristal (100) impose une polarisation non linéaire orthogonale à la structure, ce qui complexifie la simulation numérique,
- la conception nécessite un accord de modes,
- la fabrication est complexe (épitaxie, lithographie électronique).
Le résonateur que l'on présente ici est composé d'une couche de GaAs sur de l'or, surmonté d'un réseau de barreaux d'or (Fig. 1a). Nous étudions l'effet DFG avec des champs incidents TM et TE. Le réseau permet l'existence de modes guidés TE qui se couplent avec une résonance Fabry Perot TM pour produire une polarisation non linéaire orthogonale. Il a été démontré que le guide d'onde est 30 fois plus efficace qu’une référence sans les barreaux d’or.
Un échantillon permettant de générer de la SHG et de la DFG a été fabriqué (Fig. 1b), et a permis de confirmer les résultats théoriques (Fig. 1c).

Orateur: Léna SOUN (ONERA)

10:15 Subwavelength polarization optics via helical travelling-wave nanoantennas

A wide variety of optical applications and techniques require control of light polarization. To date, there has been no experimental demonstration of tunable polarization control with individual subwavelength devices.

We present and demonstrate the concept of a helical travelling-wave nanoantenna (HTN) consisting of a tiny gold-coated helix end-fired with a rectangular aperture nanoantenna (Fig. 1(a)). The resulting non-resonant hybrid nanoantenna produces a light beam of tunable polarization (elliptical up to circular states) by swirling surface plasmons and taking advantage of optical spin-orbit interaction (Fig. 1(b)).

Four closely packed HTNs are shown to locally convert an incoming light beam into four beams of tunable polarizations and intensities. Moreover, by coupling HTNs of opposite handedness (Fig. 1(c)), we demonstrated a subwavelength waveplate-like structure providing a degree of freedom in polarization control that is forbidden with usual polarization optics and metamaterials.

Orateur: Dr Thierry Grosjean (Institut FEMTO-ST)

SFP_2019_Grosjean_final.pptx

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 5.4 Physique et origines de la vie

08:30 La composition de la comète 67P/Churyomov-Gerasimenko révélée par la mission spatiale Rosetta.

Les comètes sont les objets du système solaire les plus riches en matière organique. Depuis l'exploration de la comète 1P/Halley en 1986, une grande diversité de composés organiques volatils a été détectée dans leur atmosphère et la couleur sombre de leur noyau est souvent considérée comme un signe de la présence de matériau carboné complexe.
Non seulement la nature et la quantité de matière organique dans les comètes pourraient avoir joué un rôle crucial dans l'origine de la vie sur Terre, mais elles indiquent également les processus physico-chimiques qui prévalaient au moment de leur formation dans la nébuleuse protoplanétaire, ou même avant si les comètes ont incorporé dans une certaine mesure du matériel directement hérité de notre nuage moléculaire natal.
L'exploration de la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko (67P) par la sonde européenne Rosetta entre 2014 et 2016 a considérablement élargi nos connaissances sur la composition des comètes. Près de trois ans après la fin de la mission, nous pouvons dresser un inventaire des molécules organiques identifiées par les instruments de la sonde, à la fois en phase gazeuse ou sur les particules de poussières éjectées du noyau. Ce qui était attendu et observé, inattendu et observé, ainsi que ce qui était attendu mais non observé, sont essentiels pour établir un scénario cohérent concernant l’origine de la matière organique dans la comète 67P et la manière dont elle a été intégrée au noyau.

Orateur: Hervé Cottin (LISA, UMR7583, Université Paris-Est-Créteil, Université de Paris, Institut Pierre Simon Laplace (IPSL), Créteil, France)

09:00 Synthèse des molécules prébiotiques en phase gazeuse par réaction ion-molécule : étude de la formation de la glycine.

Les réactions ion-molécule peuvent être utilisées pour répondre aux questions concernant la présence de molécules organiques, et en particulier de molécules potentiellement responsables de l'origine de la vie dans l'espace [1]. Dans ces travaux, nous étudions la possibilité de former des acides aminés, tels que la glycine en phase gazeuse par réaction ion-molécule au sein d’un spectromètre de masse de type piège à ions [2]. L’objectif de nos études est de comprendre la synthèse de ces molécules et d’analyser leur structure en couplant des réacteurs ion-molécule à la spectroscopie IRMPD (laser OPO/OPA ou le laser à électrons libres CLIO à Orsay [3]). La dynamique chimique réactive a été également employée pour étudier les effets des collisions sur la formation des produits et sur leur structure [4]. Dans nos conditions expérimentales la glycine est formée après absorption des photons IR à partir de l’adduit entre l’hydroxylamine protonée et l’acide acétique, ouvrant la voie à la possibilité d’utiliser les photons dans le domaine IR pour la formation de molécules prébiotiques en phase gazeuse. Cette étude, qui combine expérience et théorie, semble confirmer que les réactions ion-molécule peuvent être considérées comme une voie de synthèse possible de molécules préobiotiques.

Réfs:
[1]www.astrochymist.org
[2]Mac Aleese,L.et al. Int. J. Mass Spectrom. 2006, 249, 14.
[3]Bakker, J. et al.J. Phys. Chem. A 111:13415−24 (2007)
[4]Spezia, R.et al. Astrophys. J. 2016, 826, 107. 5

Orateur: Debora Scuderi (Laboratoire de Chimie Physique d'Orsay, Université Paris Sud)

09:15 From computational physics to the origins of life

Here we set the general problem of ab initio calculations in prebiotic chemistry by defining chemical networks within a new topology-based definition of reaction coordinates [1]. We thus report on the first ab initio computer simulations, based on quantum physics and a fully atomistic approach, of the celebrated Miller experiment in the condensed phase. Our study [2] shows that glycine spontaneously form from mixtures of simple molecules once an electric field is switched on. We identify formic acid and forma-mide [3] as key intermediate products of the early steps of the Miller reactions, and the cruci-ble of formation of complex biological molecules, as confirmed by our recent experimental and theoretical study on high-energy chemistry of formamide [4]. From a broader chemical per-spective, we show that formamide plays the role of hub of a complex reaction network in both the gas and the condensed phase [5]. We are now going on a larger scale, studying the atomistic mechanisms of RNA nucleotides synthesis [6], meteoritic amino acids [7] and sugars [8] in fully realistic prebiotic solution environments. All these results pave the way to novel computa-tional approaches in the research of the chemical origins of life [1].
References: [1] Physics of Life: Reviews (2019). [2] PNAS (2014). [3] PNAS (2015a). [4] PNAS (2017). [5] PNAS (2015b). [6] J. Phys. Chem. Lett. (2018). [7] ACS Earth Space Chem (2018). [8] Chem Comm (2018).

Orateur: Prof. A. Marco Saitta (Sobonne Université)

09:30 Synthèse prébiotique d'acides aminés : simulations par dynamique moléculaire ab initio.

La structure des êtres vivants repose essentiellement sur des architectures supramoléculaires ou des polymères constitués d'unités simples appartenant elles-même à un petit nombre de familles de molécules (lipides, acides aminés et nucléiques...).
La transition du biotique à l'abiotique a donc dû mobiliser une soupe prébiotique où de tels "building blocks" étaient abondants.
La formation de ces building blocks à partir de composés encore plus simples, présents dans le milieu prébiotique, est étudiée par la chimie prébiotique, domaine dont le coup d'envoi a été donné par la célèbre expérience de Miller (Science, 1953).
Il est depuis couramment admis que la voie dite de Strecker (Eur. J. Org. Chem., 1854) est celle permettant l’apparition des acides aminés, bien que l’existence d’autres scénarii est très sérieusement envisagée par d’autres auteurs ( Saitta et al., PNAS, 2015 ; Koga et al., Sci. Rep., 2017).
Nous avons donc cherché à évaluer la synthèse de Strecker numériquement. Nous avons tiré parti des approches de l’équipe (Pietrucci et al., PNAS, 2015), associant la dynamique moléculaire ab initio en milieu explicite à des techniques d’« enhanced sampling ». Ces choix méthodologiques, bien qu’exigeants numériquement, permettent de rendre compte à la fois du réarrangement des liaisons covalentes lors de la synthèse, mais aussi des détails d’effets de milieu complexes ayant prouvé encore récemment leur importance dans le domaine prébiotique (Barge et al., PNAS, 2019).

Orateur: Theo MAGRINO (Sorbonne Universite)

09:45 Hydrothermal prebiotic reactions of biological building blocks: A study from ab initio molecular dynamics simulations

Synthesis and degradation of biological building blocks in the primitive Earth is one of the most challenging issues in the origins of life field. In this context, many works have been dedicated to address their reactivity under different plausible prebiotic conditions, including the catalytic function of mineral surfaces, the role of salts or lipid compounds, the exposure to drying/wetting cycles, and so forth. Nowadays, one of the main goals is to achieve the formation of nucleotides and amino acids, under plausible primitive environments and starting from prebiotically relevant substrates.

In this work, we explore the reactivity of nucleotides and amino acids under mild hydrothermal prebiotic conditions, performing ab initio molecular dynamics simulations in explicit water molecules. Moreover, we exploit free-energy methods in combination with a topological approach developed in our team that accurately tracks the chemical bond network along a reaction path. From this methodology, we are able to unveil the thermodynamical properties and the mechanistic features of the plausible prebiotic chemical reaction at atomistic level.

Orateur: Andrea Pérez Villa (Sorbonne Université - IMPMC)

10:00 Compartmentalized autocatalytic reaction competing for resources and protocell cycles

A major question for the origin of life is the emergence and maintenance of protocells: out-of-equilibrium autocatalytic reactions enclosed in self-reproducing compartments. Example are fatty acid vesicles or coacervates. However, little is known about the coupling between autocatalytic reactions and compartment growth, and it could allow Darwinian properties (fitness, variation, reproduction with heredity) to be realized in compartments. Here, using microfluidics, we compartmentalize the formose reaction, a prebiotic autocatalytic reaction, in droplets and show the growth, division and regrowth of such droplets. Specifically, we found that droplets containing efficient chemistries can grow at the expense of other less efficient types, the conditions for which are explained by a coarse-grained model based on reaction-diffusion between droplets. Next, we demonstrate that division in a porous geometry, emulated by microfluidic means, allow larger sized winner droplets only to divide, thus increase their frequency in the population. The divided droplets are able to regrow when nourished with fresh resources, indicating the possibility to maintain a cycle. Finally, we observe that spatial heterogeneity in the reaction conditions induces variations in growth. Provided that droplet size differences could be propagated across generations, this study overall suggests that a rudimentary form of Darwinian evolution could be envisaged in such a purely physico-chemical system.

Orateur: Dr Heng Lu (LBC, ESPCI)

10:15 The role of transient compartmentalization for origin of life scenarios

In the fifties, Oparin imagined liquidlike compartments called
coacervates, which could have played a central role in the origin of life [1].
Although the experimental verification of this idea remained scarce for many
years, the idea resurfaced recently in various systems of biological interest
in which liquid non-membrane compartments were found. An important aspect
not tested in the Oparin scenario is the role of the transient nature of
compartmentalization. Here, we discuss a general class of multilevel selection
with transient compartmentalization [2], and its robustness against noise
and mutations [3].

[1] Origin of life, A. I. Oparin (1952).
[2] Selection dynamics in transient compartmentalization,
A. Blokhuis, D. L., P. Nghe, L. Peliti, Phys. Rev. Lett. 120, 158101 (2018).
[3] Transient compartmentalization dynamics in the presence of mutations and noise,
A. Blokhuis, P. Nghe, L. Peliti and D. L., https://arxiv.org/abs/1901.04753

Orateur: Dr David LACOSTE (Laboratoire Gulliver)

Nantes 2019-II.pdf

10:30 → 11:00 Pause café / coffee break

11:00 → 11:45 SP10: Nanocomposants pour le calcul inspiré du cerveau

Résumé à venir

Orateur: Julie Grollier (UMR CNRS/Thalès)

11:45 → 12:30 SP11: Etudier le problème à N-corps avec quelques atomes

Cette intervention présentera nos expériences récentes dans lesquelles nous utilisons l’interaction dipolaire entre quelques atomes de Rydberg pour réaliser la simulation quantique de modèles de spin rencontrés lors de l’étude du problème à N-corps. Nous piégeons des atomes individuels dans des matrices de pinces optiques dont nous pouvons choisir la géométrie à volonté. Nous contrôlons ainsi jusqu’à 70 atomes que nous excitons dans des états de Rydberg à l’aide de laser.
Les atomes de Rydberg peuvent interagir soit par interactions de van der Waals, soit par interaction dipole-dipole résonante. Nous utilisons chacune de ces interactions pour simuler le modèle d’Ising (en particulier sa dynamique), ou réaliser des phases topologiques dans des systèmes quantiques artificiels.
Notre plateforme de simulation quantique est complémentaire de celles basées sur des ions piégés, des molécules polaires ou des atomes magnétiques.

Orateur: Antoine Browaeys (Institut d'Optique)

2019_SFP_Nantes_web.pdf

12:30 → 14:00 Repas / Lunch

13:00 → 14:00 Atelier: Ecriture

Atelier pratique – Écriture d’abstracts

L’abstract d’un article est la bande-annonce de votre travail de recherche. Venez discuter avec Anne Ruimy, une experte de l’édition scientifique (EDP Sciences), pour confronter vos méthodes avec les attentes des éditeurs et des lecteurs, dans un atelier actif et interactif.
Pour s’inscrire, soumettre un abstract d’un article – pourquoi pas en préparation ?

https://framaforms.org/inscription-a-latelier-ecriture-dun-abstract-1559138241.

et n’oubliez pas de venir avec votre ordinateur portable à l’atelier pour la partie pratique !

14:00 → 16:00 Séance Poster: (Format A0 vertical)

15:00 → 15:30 Remise des prix poster (soutenue par la revue EPL) suivie des prix Beautiful Science

3 prix :
- 1er prix : 200€ + opportunité de rédiger un article sur invitation de l'Editeur en Chef d'EPL ("Perspective paper") qui sera publié à EPL en Libre Access.
- 2ème prix : 150€
- 3ème prix : 100€

15:30 → 16:00 Pause café / coffee break

16:15 → 17:00 SP12: Structure et évolution de la Voie lactée à la loupe avec la mission spatiale Gaia

La Voie lactée, notre Galaxie, est l’objet de nombreuses recherches, tant elle est la référence pour la compréhension de la formation et de l’évolution des Galaxies. Je présenterai l’état des connaissances actuelles sur la structure et l’évolution de la Galaxie, en particulier les avancées obtenues avec la mission spatiale Gaia. Cette mission a mis en évidence, entre autres découvertes, des structures particulières qui nous renseignent sur les interactions passées entre la Voie lactée et ses galaxies satellites. La complémentarité entre la mission astrométrique Gaia et les relevés spectroscopiques au sol permet de déterminer les paramètres de distance des étoiles ainsi que leur âge pour caractériser la structure de la Galaxie dans l’espace et le temps.

Orateur: Annie Robin (Observatoire de Besançon)

SFP-Nantes-2019.pdf

17:00 → 19:00 Commission: C3.1 Le physicien et la physicienne face à la désinformation scientifique

17:00 → 19:00 Commission: C3.2 Physique sans frontière

17:00 Commission: C3.2 Physique sans frontière

Orateur: Dave LOLLMAN (IM2NP, AIx-Marseille Université)

PsF-sfp2019-Presentation_Dave LOLLMAN.pdf

SFP2019_Commission PhysSansFrontières_2.pdf

17:15 Creation d’opportunité d’echange universitaire franco-marocaine dans un cadre scientifique et industriel

Orateur: Asma RAMZI

PsF-sfp2019-Echange Franco-Marocaine_Asma RAMZI.pdf

17:35 Nouvelle association Francaise de solidarite internationale

Orateur: Michel AZEMAR (Chimistes sans frontières)

PsF-sfp2019-Chimistes sans Frontieres_Michel AZEMAR.pdf

17:55 Challenge Physique Experimentale Afrique 2019

Orateur: Odette FOKAPU

PsF-sfp2019-Challenge physique Afrique_Odette FOKAPU.pdf

18:15 One Qubit Physics: A teacher's guide to experimentally introduce Quantum Mechanics by Polarisation of Light

Orateur: Rodrigo Cortinas

PsF-sfp2019-TP quantique _Rodrigo CORTINAS.pdf

19:00 → 19:45 Déplacement vers le lieu de la soirée gala

19:45 → 23:00 Soirée Gala: Bateaux Nantais

vendredi 12 juillet

08:00 → 08:30 Accueil des participants

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 6.1 SPIRAL 2: programme scientifique et premiers résultats

08:30 Projet SPIRAL 2, présentation et statut de la mise en service

Le projet SPIRAL 2 (Système de production d’ions radioactifs en ligne), actuellement en phase de mise en service sur le site du Ganil à Caen (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds), permettra de produire et d’accélérer des faisceaux d’ions de haute intensité (5 mA à 40 MeV pour les deutons, et 1mA à 14,5 MeV/A pour les faisceaux d’ions lourds).
L’installation est composée principalement de deux sources d’ions type ECR, d’un quadripôle radiofréquence (RFQ) pré-accélérateur, d’un accélérateur linéaire supraconducteur composé de 26 cavités accélératrices fonctionnant à 4K, et d’un réseau de lignes de transport de faisceau.
Deux salles expérimentales dédiées à la recherche nucléaire fondamentale et à la recherche interdisciplinaire, sont associées à cette nouvelle installation.
Après une présentation générale du projet et de ses particularités, les différentes étapes de la construction seront exposées et un statut de la mise en service de cet accélérateur avec les premiers résultats obtenus sera présenté.

Orateur: Patrick Dolegieviez (GANIL)

SFP Congrès général SPIRAL2.pdf

08:54 GANIL/SPIRAL2 : enjeux scientifiques

SPIRAL2 est un accélérateur d’ions de nouvelle génération, situé au GANIL (Grand accélérateur national d’ions lourds), conçu pour la physique nucléaire.

Le design de ce projet, consistant en deux sources d’ions, un accélérateur linéaire supraconducteur qui produira des faisceaux d’ions d’une intensité exceptionnelle, et de trois salles d’expériences, ainsi que le statut du démarrage de cette grande installation, seront présentés.

Ce colloque montrera également les programmes expérimentaux des installations expérimentales associées, NFS (Neutrons For Science), S3 (Super Separator Spectrometer) et DESIR (Désintégration, Excitation et Stockage des Ions Radioactifs).

Les faisceaux produits seront utilisés pour produire de nouveaux éléments superlourds et compléter ainsi le tableau de Mendeleïev, pour créer et étudier des noyaux exotiques qui n’existent que dans le cosmos, ou encore pour étudier les effets de l’irradiation de la matière par les neutrons rapides.

Les contributions permettront de détailler les aspects scientifiques ou techniques de cette installation.

Mots clé : SPIRAL2, GANIL, accélérateur d’ions, accélérateur linéaire haute intensité, supraconductivité, NFS, S3, DESIR, éléments superlourds, noyaux exotiques, études neutrons rapides

Orateur: Héloise GOUTTE (GANIL)

SFP_Goutte_v4pdf.pdf

09:18 SPIRAL2 INJECTOR COMMISSIONING

The SPIRAL2 injector is composed of two ion sources (p/d and heavy ions up to A/Q=3, with respectively up to 5mA and 1mA CW) followed by a 730 keV.A RFQ. Beam commissioning has started in 2014 in parallel with the superconducting linac and HEBT installations. The RFQ beam commissioning started soon after the first RF conditioning done in October 2015. This paper describes the RFQ RF commissioning at the A/Q=3 field level and beam measurements done on the diagnostic plate for the reference particles (H+, 4He2+ and recently 18O6+ and 40Ar14+).

Orateur: Dr Alain Savalle (GANIL)

SFP 2019 Session 6-1 SPIRAL2 injector commissionning.pdf

09:36 Le projet NFS à SPIRAL 2

L’installation NFS (Neutrons For Science) est l’une des composantes de la nouvelle installation SPIRAL-2 (GANIL, Caen). NFS sera dédiée à l’étude des réactions induites par des neutrons d’énergie comprise entre quelques centaines de keV et 40 MeV. Les caractéristiques de l’accélérateur linéaire de SPIRAL2 (ions, intensité, énergie et structure temporelle) sont particulièrement bien adaptées à la production de neutrons énergétiques. L’installation comporte la salle du convertisseur dans laquelle les neutrons sont générés et la salle de temps de vol où seront réalisées les expériences avec le faisceau de neutrons.

Les spectres en énergie, les flux disponibles, les caractéristiques temporelles de NFS et la longueur de la salle de temps de vol en feront une installation unique au monde pour la réalisation d’expériences de physique fondamentale et pour des mesures nécessaires à des applications aussi variées que la production d’énergie, la médecine nucléaire ou le développement de la technologie de la fusion.
Au cours de cet exposé nous décrirons l’installation et ces principales caractéristiques et présenterons certaines expériences qui y seront réalisées.

Orateur: M. François-René Lecolley (LPC Caen (CNRS-IN2P3, UCN, ENSICAEN))

120719 SFP - NFS.pptx

09:54 SPIRAL1: de nouveaux faisceaux d’ions exotiques pour les physiciens

L’installation SPIRAL1 a été mise en opération en 2001 et a permis la production de plus de 35 faisceaux d’ions radioactifs (FIR) de type gaz à partir de 7 éléments: He, C, O, F, Ne, Ar et Kr. En 2011, après consultation de la communauté des physiciens nucléaires, il a été décidé de modifier l’installation pour élargir la palette des ions radioactifs accessibles par les utilisateurs. Cette modification est basée sur le développement d’ensembles cible-sources spécifiques, l’utilisation d’un booster de charge et une transformation de la ligne basse énergie de SPIRAL1. En 2018, la phase commissioning a démontré que chaque élément de l’installation, pris séparément, fonctionne comme prévu dans le cahier des charges initial. En 2019, un premier faisceau de 38mK est programmé pour la réalisation d’une expérience de Physique. Dans la présentation, il est proposé de montrer toutes les pos-sibilités de cette installations (production d’ions stables et radioactifs) et les performances de celle-ci

Orateur: Laurent Maunoury (CNRS GANIL)

SFP_talk_SPIRAL1.pdf

10:12 Étude de l'équation d'état de la matière nucléaire : INDRA-FAZIA, un dispositif expérimental innovant au GANIL.

La compréhension et la quantification des forces liant les protons et les neutrons dans les noyaux atomiques est au coeur de la physique nucléaire. Ces interactions déterminent la dynamique des collisions et sont à la base de la formulation de l’équation d’état de la matière nucléaire. Celle-ci permet la description des noyaux et sert également d’ingrédient dans la description d’objets astrophysiques (étoiles à neutrons, explosions de supernovae). Si la matière nucléaire symétrique ($N = Z$) est aujourd’hui bien contrainte, ce n’est pas le cas pour la matière asymétrique ($N \neq Z$), ce qui motive les études actuelles.

L’étude de la matière nucléaire se fait aujourd’hui par l'observation (astrophysique), mais également expérimentalement (en laboratoire terrestre) à l’aide de collisions d’ions lourds. Les dispositifs expérimentaux INDRA (1990) et FAZIA (2010) ont été développés dans cette optique. Ces multi-détecteurs sont aujourd’hui couplés et installés au GANIL et fonctionnent entre 10 et 100 MeV/nucléon.

Cette présentation exposera les objectifs physiques ayant motivés la demande d’expérience auprès du GANIL pour 2019, ainsi que celles à venir. Le dispositif expérimental ainsi que les aspects innovants du mode de détection et l'électronique numérique associée seront abordés. Une présentation des mesures prévues à l’aide du nouvel accélérateur SPIRAL2 et de l’installation NFS sera effectuée.

Orateur: Maxime Henri (GANIL, (CEA/DRF-CNRS/IN2P3), BP 55027 F-14076 Caen, France)

CongresSFP_MaximeHenri_en.pdf

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 6.2 Techniques couplées et analyses multispectrales dans le domaine des matériaux

08:30 Nanooptics in the electron microscope

The use of electron spectroscopies, especially in the scanning transmission electron microscope (STEM), for studying nanooptics has exploded in the last 10 years. STEM-Cathodoluminescence (CL), STEM electron energy loss spectroscopy (EELS) and more recently electron energy gain spectroscopy (EEGS) are rapidly evolving, fueled by many instrumental and theoretical developments. Here, we will review some of these instrumental developments in the three fields that we participated in recently.
We will present recent advances in STEM-CL made in our lab, especially in the field of quantum optics. Switching to STEM-EELS, we will present results on plasmons in sub-2 nm silver nanoparticles, a domain of intense research at the moment that were made possible thanks to an optimization of signal to noise ratio on a ~ 300 meV resolution NION USTEM. We will present the expected improvement when switching to a recently acquired sub-10 meV resolution monochromated NION STEM. Finally, first attempts to obtain EEGS, usually performed with a pulsed gun, but here without a pulsed gun, will be presented.

Orateur: M. Kociak (Laboratoire de Physique des Solides, Université de Paris Sud, Orsay, France.)

09:00 PL-APT: Photoluminescence at atomic scale

Correlative microscopy allows obtaining the better of different techniques and can overcome their mutual drawbacks.
For example, micro-photoluminescence (µPL) is a good technique to characterize the structure of a material by measuring energy level of quantum dot, quantum well or colour centres. However, in most of the case, spatial resolution is limited by diffraction (0.2-1 µm) and actual composition of the structure can be only obtained with model or other analysis techniques.
In this case, analytic instrument like Atom Probe Tomography (APT) can be used. APT allows measurement of materials composition at atomic scale (0.1-0.5nm) and in 3d. However, it not possible to directly link individual structure composition obtained in APT to the previous optical measurements, only a statistical correlation can be done.
In this presentation, we will present a new instrument that combines the better of the two worlds, the Photo-Luminescent Atom Probe Tomography (PL-APT). PL-APT combines an in situ µPL in an APT chamber. The UV laser, used in APT to perform time of flight mass spectrometry of a tip shaped sample, excites also the sample and produces a PL signal that is collected and analysed during APT measurement.
In this presentation we will present this original instrument, and show that we were able to measure composition at atomic scale of different quantum wells distant of less than 100 nm and separate their individual optical signatures.

Orateur: Jonathan Houard (GPM-CNRS)

09:15 Three-dimensional atomic scale multi-microscopy study of structural and optical properties of ZnO/ZnMgO quantum wells

Non-polar or semi-polar ZnO/(Zn,Mg)O multi-quantum wells (MQW) on ZnO substrates are key materials for quantum cascade devices relying on intersubband transitions at long infrared wavelengths, potentially operational at room temperature because of the relatively high LO-phonon energy. This system has been investigated herein by adopting an advanced correlative microscopy approach. Laser-assisted Atom Probe Tomography (La-APT), 3D Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) and micro-PhotoLuminescence (μ-PL) were performed on atom probe tip specimens. Complementary La-APT and STEM structural investigations yield a clear picture of both morphology and composition of such system. The ZnO/(Zn,Mg)O MQWs are planar with variable widths gradually decreasing from 5.4 to 1.2 nm. The Z-contrast electron tomography corroborated with the quantitative STEM-EDS and La-APT essays identifies the smooth topography of the ZnO QWs surface. Both μ-PL and systematic La- APT investigations allow to successfully determine the composition of (Zn,Mg)O barriers and to elucidate the carrier localization mechanisms within the QW. Effective mass calculations of interband and intersubband transition energies based on 3D structural data are in excellent agreement with the experimental μ-PL spectra and the photo-induced absorption spectroscopy under UV irradiation on thin film. This approach can be extended to other low-dimensional systems to explore the properties of single quantum light emitters.

Orateur: Simona Moldovan

09:30 In-situ metal contact formation in semiconducting NWs using transmission electron microscopy

Semiconducting nanowires (NWs) are widely studied because the properties that stem from their three-dimensional, nanoscale nature open new opportunities for device design. Yet, to allow successful device integration, the quality of the NW/metal contacts and the control of carrier concentration are of paramount importance. We describe different kinds of semiconducting NW devices fabricated on electron transparent Si3N4 membranes, and we show how in-situ electrical transmission electron microscopy (TEM) can contribute to the understanding of NW contact formation.
We demonstrate an original approach to create an atomically abrupt contact with low electrical resistance on NWs of group IV (silicon and germanium) using a thermally- induced propagation reaction of Al and Cu in the extremities of a Ge or SiGe NW. To understand and control the metal diffusion into the NW that creates a metallic phase, detailed characterization at atomic length scales is necessary to understand how the metal atoms diffuse and incorporate into the formed phase at the reaction front and how these parameters relate to the electrical properties of the same interface. We combine both in-situ phase propagation of a metal-semiconductor phase of Cu and Al in Ge and SiGe NWs in the TEM with more detailed structural and chemical characterization after the reaction has finished to understand the diffusion phenomena in these nano objects.

Orateur: Martien den Hertog (Universit ́e Grenoble Alpes, Grenoble - Institut Neel, CNRS, 25 rue des Martyrs, F-38042 Grenoble, France)

10:00 Ferrite nanoparticle chains studied using electron holography combined with magnetic force microscopy

Uniform nanoparticles with a narrow size distribution, precise composition and magnetic properties are nowadays considered for applications in areas such as spintronics and recording media, which are based on the miniaturization of devices. The use of magnetic nanoparticles would reduce the size limit of one bit of information from multigrain to one single nanoparticle. Nevertheless the main current limitation is the thermal stability of nanostructures below a given size. Indeed when the size of magnetic NP’s decreases, they become superparamagnetic, i.e. the orientation of their magnetic moment becomes unstable against the thermal fluctuations. While superparamagnetic nanoparticles are well-suited for biomedical applications, they cannot fulfil the requirements necessary for the development of applications related to spintronics and magnetic recording. This behaviour may be circumvented by the synthesis of chains of nanoparticles to generate a local coupling and an enhancement of magnetic anisotropy. Therefore, the investigation of nanoparticle chains has become an appealing research topic to push back the superparamagnetic limit. The determination of the magnetic configuration in relation with the crystallography of each particle is necessary to understand the observed configurations. We combine micromagnetic calculations with off-axis holography, magnetic force microscopy, and high resolution transmission electron microscopy on the same chains to enlighten this relation.

Orateur: Dr Véronique Pierron-Bohnes (IPCMS)

10:15 Plateforme expérimentale PELIICAEN : analyse in situ et en temps réel des modifications de surface induites par un faisceau d’ions

Le dispositif expérimental PELIICAEN (Plateforme pour l’Étude de L’Implantation Ionique Contrôlée et Analysée à l’Échelle Nanométrique), situé au laboratoire CIMAP à Caen, vise l’élaboration, la modification et l’analyse en ligne de nanostructures.

Il est équipé d’un faisceau d’électrons focalisé (résolution < 4 nm) et d’une colonne FIB développée par Orsay-Physics. Une source d’ions de type ECR (Pantechnik) va prochainement être installée sur cette colonne et produira des faisceaux d’ions mono et multichargés, pour des énergies allant de 3 à 30 qKeV et dont la résolution attendue est inférieure à 100 nm. Le dispositif est également doté d’un détecteur d’électrons secondaires ainsi que d’un microscope à champ proche. Le tout sera complété très prochainement par un spectromètre de masse par temps de vol.

L’ensemble de ces équipements permet de modifier précisément les propriétés d’un échantillon (implantation ionique, dopage, amorphisation, ...) et de réaliser localement et in situ une multi-analyse : imageries par contraste d’émission électronique secondaire (SEM et SIM), analyses topographiques à l’échelle nanométrique (AFM/STM), mesures de résistivité (EBIC/IBIC), analyse de la composition chimique de surface (TOF-ISS) et en profondeur (TOF-SIMS).

L’ensemble de ces différentes techniques fait de PELIICAEN un instrument unique.
(Financements : ANR (ANR-12-NANO-0008), région Normandie et l'Europe (fonds FEDER))

Orateur: Mathieu Lalande (CIMAP)

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 6.3 Nanofibre optique: une nouvelle plateforme pour l'optique et l'information quantique

08:30 Ultrathin Optical Fibre Applications from Atomic Physics through Quantum Optics

Ultrathin optical fibres, with diameters on the order of the propagating light
wavelength, have already proven their versatility across a variety of different areas, such as sensing, particle manipulation, cold atom physics, and as optical couplers. The intense evanescent field at the fibre waist is one of the main advantages offered by these systems as it allows us to achieve ultrahigh light intensities that may otherwise not be attainable in a standard laboratory. In this talk, I will present work conducted at OIST related to the fields of atomic physics and quantum optics. For example, we embed ultrathin fibres into a laser- cooled sample of rubidium atoms for studies related to Rydberg atom formation near a dielectric surface and to study degenerate and nondegenerate two-photon processes. In another example, I’ll discuss work on structured ultrathin fibres that combine a Bragg grating with a cavity for enhanced photon coupling from a quantum emitter. Overall, the versatility of these fibres for many different experimental platforms – particularly if one goes beyond the basic, single mode fibre design – will be promoted.

Orateur: Síle Nic Chormaic (OIST Graduate University, Okinawa, Japan)

09:00 Observation of ultrastrong spin-motion coupling in nanofiber-based optical traps.

Optical nanofibers have proven as versatile light-matter interfaces. Atoms can be trapped close to the nanofiber surface using the evanescent part of light fields propagating in the fiber [Fig.(a)]. Due to the wavelength-scale confinement, these light fields can show strong polarization gradients. Atoms then experience strong gradients of the vector ac Stark shift, which act as a spatially varying fictitious magnetic field [Fig.(b)]. The fictitious field gradients result in a coupling between the atoms' motion and spin, which is formally equivalent to the atom-photon coupling encountered in cavity QED [1].

We take advantage of this spin-motion coupling to manipulate cold cesium atoms in a nanofiber-based optical trap. First, we harness the spin-motion coupling to perform degenerate Raman Cooling [2]. The final temperature of the atoms can be inferred from a fluorescence spectroscopy measurement, and indicates cooling close to motional ground state. The detuning of the spin-motion coupling mechanism can be set by changing an offset magnetic field. When recording spectra across the spin-motion resonance [Fig.(c)], avoided crossing are clearly apparent. A fit on experimental data yields coupling strengths which are a significant fraction of the mode (trap) frequency, which sets our system clearly in the ultra-strong coupling regime [3].

[1] Schneeweiss et al., PRA 98, 021801(R)
[2] Meng et al., PRX 8, 031054
[3] Dareau et al., PRL 121, 253603

Orateur: Alexandre Dareau (Laboratoire Charles Fabry, Institut d’Optique Graduate School, CNRS, Université Paris-Saclay, 91127 Palaiseau cedex, France)

2019-SFP.pdf

09:15 Vers une source de paires de photons corrélés autour de 1,5 μm utilisant des nonlinéarités de surface dans des nanofibres de silice

Les sources de paires de photons corrélés reposent sur des mécanismes d'optique non linéaire qui permettent à partir d'un photon (ou deux) de pompe de créer deux photons signal et complémentaire dont les longueurs d'onde sont régies par les conditions de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement.
Différents matériaux massifs et structures intégrées et fibrées ont été étudiés pour créer ces photons mais l'utilisation des fibres de silice reste limitée. La silice étant un matériau vitreux amorphe, elle ne présente pas de nonlinéarité du second ordre. Nous proposons une solution originale utilisant des nanofibres, fabriquées à partir de l'étirage de fibres de silice.
A ces petits diamètres, le champ optique devient largement évanescent et la brisure de symétrie à l'interface entre la silice et le milieu environnant induit une nonlinéarité du second ordre de surface, que nous exploitons pour la génération de paires de photons par fluorescence paramétrique. Le contrôle de la propagation de lumière dans la nanofibre rend possible des accords de phase modaux maximisant le nombre de paires de photons émises. L’efficacité du mécanisme relativement modeste est compensée par les très faibles pertes d’insertion dans les réseaux fibrés.
Nous présentons la réalisation de la nanofibre et le montage expérimental utilisé pour la génération de photons corrélés autour de 1,5 μm.

Orateur: Maha Bouhadida

09:30 Polarization control of linear dipole radiation and photonic structures using tapered optical nanofibers

We experimentally demonstrate that a linear dipole is not restricted to emit linearly polarized light, provided that it is embedded in the appropriate nanophotonic environment. We observe the emission of various elliptical polarizations, including circularly polarized light, without the need for birefringent components, by coupling a linear dipole with a tapered nanfiber. The experimental demonstration is based on elongated gold nanorods deposited on an optical nanofiber and excited by a free-space laser beam. The light directly guided into the nanofiber is analyzed in regard to the azimuthal position and orientation of the nanorods. We demonstrate a mapping between purely geometrical degrees of freedom of a light source and all the polarization states. This could open the way to alternative methods for polarization control of light sources at nanoscale. Secondly, we report the fabrication and characterization of two types of photonic structures based on tapered nanofiber: a ring interferometer and a knot resonator. We propose a general approach to predict the properties of these structures using the linear coupling theory. In addition, we describe a new source of birefringence due to the ovalization of a nanofiber under strong bending due to Brazier effect.

Orateur: Mlle Chengjie DING (Laboratoire Kastler Brossel - Sorbonne Université)

09:45 Single collective excitation of nanofiber-coupled atomic arrays

Developing light-matter interfaces is a crucial capability with unique applications to quantum optics and quantum information networks. Our group focuses on the study of interactions between photons guided by nanoscale waveguides and arrays of trapped atoms. Nanoscale waveguides offer a compelling platform because of the tight transverse confinement of the propagating light, strong photon-atom coupling in single pass, and the potential long-range atom-atom interaction mediated by the guided photons. Our platform, based on an optical nanofiber, already allowed the demonstration of an all-fibered optical memory. Then, by using an optical lattice in the evanescent field surrounding the nanofiber, we demonstrated large Bragg reflection by the 1D array of trapped atoms.

Our latest result concerns the initialization of a single collective excitation coupled to the nano-waveguide. The excitation is heralded by the detection of a Raman scattered photon in the nanofiber. We are then able to readout the atomic state and retrieve a single photon in the guided mode with an efficiency of up to 25%. This result is the first demonstration of an atomic entangled state preferentially coupled to a waveguide. It is a milestone in the context of the emerging waveguide-QED approach, with applications to quantum networking, quantum non-linear optics and quantum many-body physics.

Orateur: M. Jérémy Raskop (Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS-Université PSL, Collège de France)

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10:00 Mise en évidence de l’élasticité non linéaire de la silice dans des fibres optiques effilées

L’amincissement des fibres optiques standard en silice par chauffage étirage permet de concevoir des fibres optiques de dimensions micrométriques voir nanométriques. Le fort champ optique évanescent offre un outil inédit et adapté aux couplages dans les guides d’onde nanométrique et à la réalisation de capteurs. La propagation des ondes élastiques comme celle des ondes optiques peuvent être modifiée par l’utilisation de ces fibres optiques très amincies. La signature de la diffusion Brillouin qui est une interaction entre deux ondes optiques et une onde élastique est très différente d’une fibre optique standard de télécommunications. Une fibre optique effilée dont le diamètre est de 1 micromètre, fait apparaitre plusieurs résonances Brillouin à des fréquences bien distinctes. Nous avons observé, en plus des ondes élastiques longitudinales de compression classiques de la diffusion Brillouin, des ondes élastiques de surface à des fréquences de 5.5 GHz.
L’application d’une contrainte longitudinale engendre un décalage vers les hautes fréquences de toutes les résonances élastiques. Mais, pour des fortes contraintes, nous mesurons une variation non linéaire des fréquences de certaines ondes de compression. Nous avons élaboré un modèle élastique basé sur la décomposition au troisième ordre du tenseur élastique. Les résultats expérimentaux sont en très bon accord avec le modèle quelques soit le diamètre de la fibre optique effilée.

Orateur: jean-charles Beugnot

jcbeugnot_sfp2019.pdf

08:30 → 10:30 Séance Parallèle: 6.4 Résultats scientifiques récents obtenus avec les XFEL

08:30 The European XFEL – First results and prospects for new applications

European XFEL is an international large-scale user facility for research using x-ray FEL radiation. It offers opportunities for x-ray FEL research in the x-ray range from 0.25 to 25 keV at initially six science instruments, each dedicated to a specific area of application. User operation started in 2017 after about 8 yrs of construction at two instruments for ultrafast chemical reactions and (time-resolved) determination of structures of bio-molecular systems. European XFEL offers the unique possibility to deliver up to 27.000 x-ray pulses per second.
In parallel to first operation further four instruments were assembled, commissioned and have been opened to first user experiments. These instruments complete the experimental suite of European XFEL and provide users with the means to study many different types of samples – from highly excited ions via complex solids to huge bio-machines – under a huge variety of environments – from vacuum via natural solvents to extreme pressures and field strength – by also applying ultrashort lasers of variable wavelength to study dynamics. Such experiments will support fundamental research applications to e.g. solve the structure of complex bio-matter, study ultrafast chemical processes, disentangle electronic state dynamics of complex materials, or reveal the properties of matter under extreme conditions.

Orateur: Thomas Tschentscher (European XFEL, Schenefeld, Germany)

09:00 Real-time x-ray probing of the semiconductor to metal ultrafast phase transition in Titanium Pentaoxyde nanocrystals

Since the 2000’s and the pionnering Time-Resolved X-ray diffraction experiments (TR-XRD), we can now “see” atomic motions in real time on femtoseconde time scales. Today’s challenge is not only to see but also to to “act” on matter in an ultra-fast and controlled manner. This means inducing an ultrafast permanent change, ultimately reversible, in a material. This requires a deep understanding of the ultrafast structural dynamics but also the propagation process of the induced deformation on longer time and space scales. It was recently demonstrated experimentally and theoretically a self-amplified responsiveness in a spin-crossover material [1] during its delayed volume expansion.
Our talk will focus on Titanium Pentaoxide, a prototype of multistability which undergoes phase transitions between different forms (so called α,β,λ), that can be monitored by temperature, pressure, electric field and laser pulses. The stability of the phases is strongly related to the size of the crystallites. In particular the nanocrystals are bi-stable up to room temperature with obvious interest for pure and applied science[3,4] (fig. 1). The results of TR-XRD experiment performed on Bernina@SwissFel will be presented. It allowed for the first time a complete quantitative analysis (Rietvelt analysis) of the ultrafast growing and structural distorsions (volume expansion...) of the photo-induced phase.

Orateur: Celine Mariette (Institut de Physique de Rennes - CNRS)

09:15 Wavefront splitting Hard X-ray Split-Delays development at the Linac Coherent Light Source

The ability to separate femtosecond free electron laser pulses and recombine them with an adjustable delay has numerous scientific applications such as X-ray Photon Correlation Spectroscopy and X-ray pump X-ray probe measurements. Split-delay X-ray optics, rely on X-ray optical arrangements that offer the possibility to provide two pulses from a single FEL pulse which time separation that can range from femtoseconds to hundreds of picoseconds. Such a hard X-ray split and delay was recently commissioned at the Linac Coherent Light Source.However, the split and delay performances heavily rely on the ability to maintain the spatial overlap between the two beams at the sample location, while adjusting the temporal separation between the two pulses. To relax the angular stability requirements, we present a compact hard X-ray split-delay concept using 4 channel-cut crystals, two of which have a variable gap. The path length difference between both beams can be simply adjusted by the linear translation of the two crystals having non-parallel gaps. By using two Bragg reflections from the same monolithic crystal in the opposite direction cancels positioning errors from underlying stages. As a result, this concept has lower motion precision requirements, and yet leads to significantly higher output beam angular stability.We present here a detailed study of this concept that would cover an energy range from 7 to 12 keV and provide a delay range from -3 to 10 ps at 9 keV.

Orateur: Dr matthieu chollet (SLAC)

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09:30 Laser driven THz coherent phonons in $\beta$-MnAs probed by time-resolved x-ray diffraction

MnAs is a semi-metal with potential for applications in the fields of magnetocalorics, spintronics and laser-driven magnetization reversal. The interest for MnAs stems from a peculiar sequence of phase transitions that are not fully understood yet. The low temperature structure is hexagonal and ferromagnetic ($\alpha$-MnAs). At 313 K, ferromagnetic order is lost and the structure becomes orthorhombic ($\beta$-MnAs) in a first order phase transition. The orthorhombic distortion parameter $\eta$ decreases progressively through a second-order phase transition and vanishes at 400 K, where hexagonal symmetry is recovered (paramagnetic $\gamma$-MnAs). Recent DFT calculations suggest that the $\beta$-$\gamma$ transformation is a displacive phase transition driven by the softening of a THz mode with normal coordinate along $\eta$ [1].

We investigated the structural dynamics of laser excited MnAs/GaAs(001) films using time-resolved x-ray diffraction at the LCLS FEL source [2]. The temperature dependent intensity oscillations of several Bragg reflections allow us to identify the optical phonon associated with the orthorhombic distortion in the $\beta$-phase and to follow its softening as the distortion vanishes on the path towards the hexagonal symmetry. The frequency of this mode falls in the THz range, in agreement with DFT calculations.

[1] J. Lazewski et al., Phys. Rev. Lett. 104, 147205 (2010); Phys. Rev. B 83, 054108 (2011).

[2] F. Vidal et al., Phys. Rev. Lett., accepted

Orateur: Dr Franck Vidal (Sorbonne Université)

09:45 Observing fast protein structural dynamics by X-rays

Proteins are the molecular machines of living systems. Their function is based on structural dynamics occurring over a broad time scale from femtoseconds to seconds. The time resolution achievable with X-ray free electron lasers (XFEL), combined with the atomic sensitivity of hard X-rays, allows tracking fast structural changes in crystals and solutions of photosensitive proteins down to the sub-picosecond time window, when excited state dynamics take place. I will present recent examples of protein structural motions triggered by photon absorption and observed by XFEL radiation.

Orateur: Giorgio SCHIRO ({CNRS}UMR5075)

Schiro_SFP_Nantes_2019_offline.pdf

10:00 Molecular double-core-hole-state formation in the XFEL regime

The unprecedented radiation intensity of x-ray free electron lasers (XFELs) offers the possibility to create double-core-hole (DCH) states with a single femtosecond pulse via sequential two-photon absorption [1,2]. This opens the way to develop powerful tools for chemical analysis such as the x-ray two-photon photoelectron spectroscopy [3]. In this context, we have recently developed a complete time-dependent quantum description taking into account x-ray absorption, nuclear dynamics and Auger decay [4]. Using this model, we have assessed the impact of the nuclear dynamics on DCH processes in the CO molecule. Our study shows that sequential absorption of two x-ray photons modifies significantly the photoelectron spectra compared to direct single photon absorption. Depending on the shape of the potential energy curves involved in the processes, different vibrational levels may be favored. Furthermore, when the final state is dissociative, the electron spectrum is further broaden and blue-shifted in the two-photon process. In the talk I will i) summarize the main ingredients of our quantum approach and ii) report on the results of our study on CO and its relevance in the context of XFEL.
[1] N. Rohringer and R. Santra, Phys. Rev. A 76, 033416 (2007).
[2] L. Young et al., Nature (London) 466, 56 (2010).
[3] R. Santra, N. V. Kryzhevoi, and L. S. Cederbaum, Phys. Rev. Lett. 103, 013002 (2009).
[4] S. Oberli, N. Sisourat, P. Selles, and S. Carniato, Phys. Rev. A 97, 013406 (2018).

Orateur: Dr Nicolas Sisourat

SISOURAT_SFP2019_XFEL.pdf

10:15 Direct observations of polymorphism and melting of shock-compressed silicates from ultrafast X-ray diffraction

Constraining shock-induced transformations of major silicates and their kinetics is necessary to constrain planetary formation models of the terrestrial planets and to understand how meteorites and planetary surfaces have been affected by repetitive shocks. The recent coupling of ultrafast in situ X-ray diffraction (XRD) and shock compression techniques (gas guns and laser facilities) enables the direct investigation of transition mechanisms at short time-scales (from hundreds of picoseconds to hundreds of nanoseconds). In this study, we probed the structure at peak pressure of shocked SiO2 and MgSiO3 glasses and of their crystalline forms (respectively α-quartz and enstatite) by coupling ultrafast XRD to laser-driven shock compression at LCLS MEC end-station of SLAC XFEL facility (Stanford, USA). Our results provide strong insights on the phase transformation mechanisms and kinetics in shocked silicates. I will compare them to theoretical investigations and experimental measurements obtained under static compression, and I will discuss their implications in shock metamorphism and planetary science.

Orateur: Dr Jean-Alexis Hernandez (LULI, Ecole Polytechnique, CNRS)

10:30 → 11:00 Pause café / coffee break

11:00 → 11:45 SP13: La physique des interfaces entre oxydes

DQMP, Université de Genève, 24 quai E.-Ansermet, CH-1211 Genève, Suisse

On trouve dans la famille des oxydes complexes des matériaux aux propriétés électroniques très variées allant d’isolants ferroélectriques à des supraconducteurs à haute température critique. Ces matériaux présentent souvent des diagrammes de phases compliqués avec différentes phases proche en énergie. Cette « compétition » pour l’état fondamental est à l’origine de la sensibilité de ces systèmes à des « perturbations » produites, par exemple, par un champ magnétique ou la pression. Une interface est une perturbation majeure qui brise la symétrie d’inversion et on peut donc espérer découvrir des propriétés inédites à l’interface entre oxydes complexes. Un exemple remarquable est l’interface entre deux bons isolants de bande, le LaAlO3 et le SrTiO3, qui se trouve être conductrice et supraconductrice [1,2], un système qui a attiré l’attention de très nombreux chercheurs. J’expliquerai dans cette présentation l’engouement pour la recherche sur les interfaces d’oxydes avant de parler du système à base de LaAlO3 et de SrTiO3 qui continue à révéler des propriétés étonnantes. Je terminerai en donnant quelques perspectives sur ce domaine de recherche en pleine évolution.

[1] A. Ohtomo, H. Y. Hwang, Nature 427, 423 (2004).

[2] N. Reyren, S. Thiel, A. D. Caviglia, L. Fitting Kourkoutis, G. Hammerl, C. Richter, C. W. Schneider, T. Kopp, A.-S. Ruetschi, D. Jaccard, M. Gabay, D. A. Muller, J.-M. Triscone and J. Mannhart, Science 317, 1196 (2007).

Orateur: Jean-Marc Triscone (Université de Genève)

SFP Nantes 45' Triscone July 2019 .pdf

11:45 → 12:30 SP14: La fusion par confinement magnétique

La production d'énergie par fusion thermonucléaire contrôlée est un des grands défis scientifiques de ce siècle. L'utilisation d'un plasma chaud confiné par un champ magnétique est une voie prometteuse qui franchira une étape décisive avec le projet ITER, en cours de construction à Cadarache. Ce grand équipement permettra de répondre aux questions scientifiques encore ouvertes en physique des plasmas de fusion. L’exposé fera le point sur les principaux thèmes de recherche, en s'appuyant sur des résultats d'expérimentation, théorie et modélisation. L’accent sera mis sur la physique des instabilités, ainsi que certains résultats récents inattendus en matière de confinement des particules et d’énergie. La conclusion portera sur les perspectives à long terme de la fusion par confinement magnétique.

Orateur: Xavier Garbet (CEA Cadarache )

Garbet_fusion_eng_version_pdf_SFP_19.pdf

12:30 → 12:50 Cérémonie de clôture du congrès: CCC

13:45 → 17:00 Visite de site industriel

Le Comité Local d'Organisation propose une visite de site industriel le Vendredi 12 Juillet dans l'après-midi.
Les sites sont, au choix, Airbus, Technocampus Composites, Technocampus Océan, ces derniers sous l'égide de l'IRT Jules Verne. Les visites durent 1h pour un groupe de 25 personnes pour chaque site. Le créneau horaire est 13h30 (départ de la Cité des Congrès) - 16h (retour à la Cité des Congrès). La visite est gratuite et les inscriptions sont possibles jusqu'à ce que les groupes soient complets. Pour des raisons de sécurité, il ne sera pas possible de s'inscrire pendant le congrès. Les personnes qui s'inscrivent s'engagent à participer à la visite.