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L'Institut Jean Lamour est un laboratoire de recherche en Science des Matériaux : matériaux, métallurgie, plasmas, surface, électronique, nanomatériaux. C'est une unité mixte de recherche (7198) de l'Université de Lorraine et du CNRS.


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Les équipements et le bâtiment de l'IJL sont cofinancés par l'Union Européenne. L'Europe s'engage en région Grand Est avec le Fonds européen de développement régional

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Catégorie : A la Une

Zoom sur les 8 projets de l’IJL retenus par l’ANR en 2018

En 2018, l’Agence Nationale pour la Recherche (ANR) a sélectionné 8 projets déposés par des équipes de l’IJL.

Ces 8 projets portent sur :

•    La fonctionnalisation de verres métalliques par traitement laser ultrabref
•    Le développement de dispositifs sans fils étirables à ondes acoustiques de surface
•    Le contrôle ferroélectrique de la spinterface organique/ferromagnétique
•    Les oxydes magnétoélectriques pour la SpinOrbitronique
•    La conception d'assemblages complexes et fonctionnels de nano-objets dopés
•    La conception d’un nouvel alliage de titane haute température pour les applications aéronautiques de demain
•    L’étude des interactions courants électriques et évolutions microstructurales
•    L’optimisation des performances thermoélectriques pour la génération d’électricité à haute température

 

MEGALIT : Fonctionnalisation de verres métalliques par traitement laser ultrabref

MEGALIT cherche à améliorer les fonctionnalités de surface des verres métalliques (Metallic Glasses, MG) reconnus pour leurs propriétés mécaniques exceptionnelles (proches de celles du métal) et leur état de surface (semblable à celui du verre). L’objectif est de remplacer les solutions existantes complexes par une approche de revêtement de matériau mono à multifonctionnel.

La stratégie repose sur les avantages de la technologie de revêtement PVD : le dépôt de couches minces de MG, présentant une meilleure ductilité que le matériau massif, associé à un traitement d'irradiation par laser pulsé ultra-bref améliorant certaines propriétés requises à la surface des matériaux.

Le résultat offrira des solutions technologiques dans trois domaines d'applications :

- Biomédical : traitement de surface antibactérien et hydrophobe compétitif assurant des fonctions complémentaires de résistance à la corrosion et à l'abrasion.
- Aéronautique, énergie et industries chimiques : résistance à l'érosion des substrats dans des conditions de fonctionnement sévères en combinant des propriétés mécaniques améliorées et une stabilité chimique.
- Stockage d'énergie et industries de process : protection des composants fonctionnant dans des conditions corrosives et nécessitant conductivité électrique et bonne résistance mécanique.

Porteur : Laboratoire Hubert Curien (CNRS, Institut d’Optique Graduate School, Université Jean Monnet-Saint-Etienne)

Partenaires :
- Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Jean-François Pierson, équipe Propriétés Optiques et Electriques des couches Minces pour l’Energie
- Laboratoire Matériaux Ingénierie et Science - MATEIS (CNRS, INSA, Université Lyon 1)
- Institut de Recherches En Ingénierie des Surfaces  - IREIS (Andrezieux-Bouthéon)

Dates : Janvier 2019 - juillet 2022

 

SAWGOOD : Dispositifs sans fils étirables à ondes acoustiques de surface : vers des capteurs passifs multifonctionnels imprimés sur la peau

La finalité de SAWGOOD est de réaliser des capteurs multifonctions "prêts à être tatoués" d'une épaisseur totale inférieure à 40 μm, passifs, sans batterie, sans fil et sans packaging.

Ce projet répond à une nécessité de la société actuelle : celle de connaître en continu les paramètres du corps humain. Des applications biomédicales et professionnelles aux applications de cosmétique, bien-être/sport, les objets connectés qui surveillent les paramètres corporels font partie d’un marché très important - et en croissance. Pourtant, la contrainte d’utiliser des fils et/ou des connectiques potentiellement inconfortables, des bracelets ou parfois des ceintures empêche les utilisateurs de porter en permanence ces objets connectés.

SAWGOOD jette les bases d'une nouvelle génération de capteurs à ondes acoustiques de surface étirables et imperceptibles « tatoués » sur la peau. Ceci grâce à la combinaison de trois aspects : des antennes tatouées fort gain, des structures WLAW (Waveguiding Layer Acoustic Wave) confinées. Il s’agit de dispositifs sans packaging et faisant appel à des techniques de micro-fabrication avancées. La solution WLAW permet également de pousser la miniaturisation à son extrême en produisant des composants ultrafins.

Porteur : Sami Hage-Ali, équipe Micro et Nanosystèmes de l’Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine)

Partenaires :
- Laboratoire Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes - LMOPS (Université de Lorraine)
- Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie - IEMN (CNRS, Université Lille1, Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis, Institut Supérieur d’Electronique et du Numérique)

- Institut d’électronique et de télécommunications de Rennes - IETR (CNRS, Université de Rennes 1, INSA de Rennes, CentraleSupélec, Université de Nantes)
- Université Mahatma Gandhi, Kottayam, Inde
- Institut de Génie Energétique de Moscou - MPEI, Moscou, Russie

Dates : Janvier 2019 - juin 2022

Légende image : Premier démonstrateur de capteur sans fil "tatoué"

 

FEOrgSpin - Contrôle ferroélectrique de la spinterface organique/ferromagnétique

Ce projet a pour but d’élargir les connaissances sur le contrôle ferroélectrique de la polarisation de spin à différentes spinterfaces ferroélectriques organiques/ferromagnétiques et de développer de nouvelles fonctionnalités de dispositifs de spintronique basées sur des ferroélectriques organiques.

La "spinterface" est l’interface hybride métal ferromagnétique/organique. Elle peut dissimuler des propriétés filtrantes de spin très efficaces et présente une classe prometteuse de matériaux pour de futurs dispositifs de spintronique.

Cependant, la polarisation de spin de la spinterface au niveau de Fermi peut être différente ou même de signe contraire à celle de l’électrode ferromagnétique adjacente.

Nos récentes découvertes démontrent que la polarisation de spin à la spinterface polyfluorure vinylidène (PVDF)/Co peut être activement modulée (elle peut même changer de signe) en basculant la polarisation ferroélectrique du PVDF.

Porteur : Yuan lu, équipes Nanomatériaux et Nanomagnétisme et électronique de spin de l’Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine)

Partenaires :
- Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UCCS (Université Artois, CNRS, Centrale Lille, ENSCL, Université de Lille), Lens
- SPINTEC (Université Grenoble Alpes, CEA, INAC-SPINTEC; CNRS), Grenoble
- Institut de Physique de Rennes (Université de Rennes 1)

Dates : Octobre 2018 - septembre 2022

 

MISSION - Magnetoelectric oxides for spin-Orbitronics (Oxydes magnétoélectriques pour la SpinOrbitronique)

L’objectif de ce projet est de combiner l'effet magnéto-électrique et le couple de spin-orbite dans des hétéro-structures. La finalité est de réduire la consommation d'énergie liée aux applications dans la commutation de l’aimantation, comme pour les mémoires MRAM.

On s'attend à ce que le couple efficace en orbite de spin dans l'oxyde magnéto-électrique (ME) Ga2-xFexO3 soit modifié par l'application d'une tension de grille. Grâce à cette modulation basée l’effet ME, l'inversion de l'aimantation de la couche ferromagnétique (FM) induite par l’effet Hall de spin pourrait nécessiter l'injection d'un courant électrique moins intense.

Cette étude sur les interfaces "métaux à fort couplage spin-orbite"/ "oxyde magnéto-électrique" devrait apporter de nombreux avantages, du progrès des connaissances fondamentales aux applications liées à la faible consommation énergétique basée sur les effets du spin-orbite.

Porteur : Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS) (Strasbourg)

Partenaire : Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Juan Carlos ROJAS, équipe Nanomagnétisme et électronique de spin

Légende image : (a) La structure orthorhombique de Ga2- xFexO3 (GFO), montrant les trois sites cationiques octaédriques (Oh) et un site tétraédrique (Td). b) Schéma de la commande ME de la commutation par "spin-orbit torque". Le courant Jc qui circule dans la couche Pt génère un courant de spin transversal Js grâce à l’effet Hall de spin. Js exerce un couple sur l'aimantation M de la couche magnéto-électrique (ME) GFO et éventuellement retourne l'aimantation M. Une tension de grille supérieure est appliquée afin d'exploiter les propriétés ME de la couche GFO.

 

DONNA - Doping at the Nanoscale

DONNA est un projet de recherche fondamentale visant la conception d'assemblages complexes et fonctionnels de nano-objets dopés.

Le silicium a été choisi, car son dopage dans le matériau massif est parfaitement maîtrisé et sa compatibilité avec la technologie CMOS favorise son utilisation pour de futures applications.

Des méthodes originales de fabrication de nano-objets mettant en œuvre des dépôts multicouches sous ultravide et des implantations à basse énergie associés à des traitements thermiques hors équilibre seront mises en œuvre. La localisation des dopants à l’échelle nanométrique sera analysée à l’aide d’outils de caractérisation à l’état de l’art.

Du fait de leurs propriétés d’absorption ou d’émission optique, les nanocristaux semi-conducteurs jouent un rôle de plus en plus important, notamment dans les domaines de l’optique, de l’optoélectronique et de l’énergie.

Si la croissance et les propriétés de tels objets intrinsèques sont aujourd’hui bien maîtrisées, le dopage à l’échelle nanométrique est à ce jour très mal connu et reste un challenge et un enjeu majeur pour leur utilisation dans de nombreuses applications.

En élaborant des systèmes modèles, le projet DONNA vise à comprendre et maîtriser l’insertion et l’activation des dopants à l’échelle nanométrique.

Porteur : Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), CNRS, Toulouse

Partenaires :
- Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Hervé Rinnert, équipe Nanomatériaux et Optique
- Ion Beam Services (IBS), PME, Aix en Provence
- Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS), CNRS, Toulouse
- Laboratoire d'électronique et de technologie de l’information (LETI), CEA, Grenoble
- Groupe de Physique des Matériaux (GPM), Université de Rouen – CNRS

Dates : Janvier 2019 - décembre 2021

Légende image : Nanocristaux de Si dopés avec du phosphore en matrice de silice et cartographies des éléments Si (rouge) et P (en jaune)

 

ALTITUDE - Nouvel alliage de titane haute température pour applications aéronautiques de demain

Le projet ALTITUDE propose de développer un nouvel alliage de titane pour l'industrie aéronautique.
L’objectif est double : augmenter les propriétés en température des matériaux et contribuer à réduire la masse totale de l’aéronef.

Le nouvel alliage sera développé sur la base de la composition de l’alliage existant Ti-6242 car il présente à la fois une bonne résistance face aux sollicitations de type fatigue-fluage (effet dwell), de bonnes propriétés mécaniques et une bonne résistance à l’oxydation à haute température, jusqu’aux moins 650°C.

Ces améliorations passent par des modifications chimiques telles que l’accroissement de la teneur en élément β-gène, le molybdène, et l’ajout d’éléments contributeurs pour une bonne tenue en température, comme le silicium, le germanium et le carbone.

L’impact de ces modifications chimiques sur la résistance à l’environnement (oxydation sous air) sera également examiné.

Porteur : Benoît Appolaire, équipe Microstructures et contraintes de l’Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine)

Partenaires :
- Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne - ICB (CNRS-Université de Bourgogne Franche-Comté)
- ONERA
- AIRBUS
- SAFRAN
- TIMET

Dates : Janvier 2019 - décembre 2022

 

ECUME - Interactions of Electric CUrrents and Miscrostrures Evolutions (Intercations courants électriques et évolutions microstructurales)

Ce projet explore le couplage entre champs électriques et transformations de phases dans des alliages métalliques.

Son objectif est de construire un cadre de modélisation à l'échelle de la microstructure suivant l'approche du champ de phase.

Cette approche sera appliquée à deux cas complémentaires pour lesquels des expériences minutieuses seront effectuées sur des alliages métalliques simples :

- suivi des transformations de phases par résistivité électrique

- transformation des microstructures par application de courants électriques intenses.

Porteur : Laboratoire d’Étude des Microstructures (CNRS / ONERA)

Partenaires :
- Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Benoît Appolaire, équipe Microstructures et contraintes
- Laboratoire Matériaux Ingénierie et Science - MATEIS (CNRS, INSA, Université Lyon 1)


Dates : Janvier 2019 - décembre 2022

DENZIP – Design de phases de Zintl de type n pour des applications thermoélectriques en génération d’électricité

Ce projet international en collaboration avec la Turquie cherche à identifier des matériaux de type n classés parmi les phases de Zintl et à optimiser leurs performances thermoélectriques pour la génération d’électricité à haute température.

L’objectif est d’obtenir un composé de type n dont les performances seraient équivalentes à celles de la phase de Zintl de type p Yb14MnSb11 actuellement en cours d’intégration dans des générateurs thermoélectriques à radioisotope par la NASA.

La stratégie repose sur l’identification de phases de Zintl de type n prometteuses via des calculs de structure de bande puis la synthèse sous forme mono ou polycristalline. Le but est d’en étudier finement les propriétés de transport sur une large gamme de température (2 – 1000 K).
Des études complémentaires sur les grands instruments (synchrotron, centre de neutronique) viendront apporter des informations sur la dynamique de réseau de ces matériaux.
Un résultat positif ouvrira la voie à la fabrication de générateurs thermoélectriques « tout-Zintl » possédant des performances accrues par rapport à celles des dispositifs actuels.

Porteur français : Institut Jean Lamour - IJL (CNRS - Université de Lorraine) : Christophe Candolfi, équipe Matériaux à Propriétés Thermoélectriques (204)

Porteur turc : Koç University (Istanbul) : Umut Aydemir, département de Chimie du Solide

Dates : Avril 2019 - avril 2022

Légende image : Structure cristalline de la phase de Zintl de type p Yb14MnSb11 présentant d’excellentes performances thermoélectriques à haute température.