rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Rapport d’activités
2003-2008

Table des matières
3 Mot du directeur
4 Historique
4 Structure administrative
5 Axes de recherche
6 Infrastructures
8 RQMP en chiffres
10 Animation
11 Impact
12 Membres
47 Projets de recherche
Contacts
Directeur : Peter Grütter
Département de physique
Université McGill
Montréal, Canada
Téléphone : (514) 398-2567
Télécopieur : (514) 398-6526
Courriel : grutter@physics.mcgill.ca
Coordonnatrice : Élise Saint-Jacques
Téléphone : (514) 576-4511
Télécopieur : (514) 343-2071
Courriel : info@rqmp.ca
Site Web : www.rqmp.ca
Rédaction et traduction : Collectif – membres du RQMP
Révision : CoopDesign, Élise Saint-Jacques
Photos : Michel Caron, Robert Gagnon, Carol Gauthier Simon Gélinas,
Jean-Guy Paradis, Élise Saint-Jacques
Graphisme : Coop Design
Tirage : 120 copies
Ce rapport est aussi publié en anglais
Tous droits réservés au RQMP

Mot du directeur
© Robert Gagnon
La nature des matériaux de pointe est telle que tout progrès
en ce domaine repose fondamentalement sur trois types de
spécialisations : la capacité de fabriquer des matériaux et
des structures, la capacité de caractériser et d’explorer leurs
propriétés et la capacité de les traiter pour en faire des dispositifs
et des systèmes fonctionnels. Ces trois axes fondamentaux
du volet expérimental de la science des matériaux s’articulent
autour de l’expertise théorique avec laquelle ils entretiennent
des liens étroits. C’est dans le but de favoriser une telle convergence
de compétences que nous avons conçu le Regroupement
québécois sur les matériaux de pointe (RQMP), qui réunit
des chercheurs de classe mondiale dans les domaines de la
croissance et la synthèse, de la caractérisation, de la fabrication
et de la théorie, de façon à intégrer étroitement l’enseignement
et la recherche, fondamentale et appliquée.
Les mesures de l’excellence de nos 68 chercheurs sont nombreuses. Ceux-ci bénéficient
d’un taux de financement individuel du Conseil de recherches en sciences naturelles et en
génie du Canada (CRSNG) qui dépasse en moyenne de 30 % la norme nationale; plusieurs
se situant dans les 5 % supérieurs. Leurs expertise et leadership dans des domaines de
recherche de premier plan les mènent à jouer un rôle déterminant au sein de plusieurs
réseaux nationaux et internationaux, accroissant leur visibilité et élargissant les réseaux de
collaboration. Le RQMP profite d’une reconnaissance prioritaire de la part des Universités.
Alors qu’il comptait sept Chaires de recherche du Canada (CRC) lors de sa fondation en
2003, il en regroupe maintenant quinze, auxquelles s’ajoutent trois chaires James McGill de
l’Université McGill (équivalent des CRC à l’Université McGill).
La formation des étudiants est pour nous une priorité indissociable de la recherche de haut
niveau. L’expertise pluridisciplinaire de chercheurs mondialement reconnus, l’accès à un
parc d’infrastructures inégalé au Canada, à des réseaux de collaborateurs étendus et à des
ateliers et écoles spécialisés, assurent à nos étudiants une formation exceptionnelle.
Plusieurs technologies issues du RQMP sont maintenant développées et commercialisées
par des entreprises dérivées, notamment : Quantiscript Nanotechnologies, QuantuModeling
Inc., Atomistix Inc., LTRIM Technologies, NovaPlasma, MXT Inc. et Nanoacademics.
De plus, en facilitant l’accès à ses infrastructures, le RQMP contribue au développement
de nombreuses autres technologies chez ses partenaires industriels, gouvernementaux et
universitaires. L’ampleur des activités de transfert technologique des chercheurs du RQMP
se manifeste clairement par l’augmentation des subventions accordées dans le cadre des
programmes de subvention en partenariat avec l’industrie.
Le RQMP a relevé le défi de rassembler en un même centre, des chercheurs de multiples
formations et disciplines, au profit d’un milieu de recherche et de formation exceptionnel.
Ce bilan de nos six premières années d’existence fait foi de la richesse de nos capacités
scientifiques et technologiques, des principales réalisations qui en ont découlé, et bien sûr
d’un futur riche et prometteur.
Peter Grütter
Directeur du RQMP
Professeur James McGill, Département de physique, Université McGill
3 | RQMP | RAPPORT D’ACTIVITÉS 2003-2008

Historique
En 2003, les trois grands Centres de recherche sur la science et le génie des matériaux de
pointe au Québec, soit le « Center for the Physics of Materials » (CPM) à l’Université McGill,
le Groupe de recherche en physique et technologie des couches minces (GCM) à l’Université
de Montréal et à l’École Polytechnique de Montréal, et le Centre de recherche sur les
propriétés électroniques des matériaux avancés (CERPEMA) à l’Université de Sherbrooke,
se sont unis pour former le Regroupement québécois sur les matériaux de pointe (RQMP).
Le RQMP jouit d’un appui prioritaire de la part des quatre établissements fondateurs, ainsi
que de subventions majeures de fonctionnement de la part du Fonds québécois de recherche
sur la nature et les technologies (FQRNT), du Conseil de recherche en sciences naturelles
et en génie (CRSNG) du Canada et de NanoQuébec.
Une concertation étroite parmi les 68 membres du RQMP — physiciens,
ingénieurs et chimistes, expérimentateurs et théoriciens — assure la mise en
commun des ressources et compétences pour concevoir, fabriquer et caractériser
de nouveaux matériaux et assemblages de matériaux. L’expertise et
l’interdisciplinarité des chercheurs ainsi que l’infrastructure exceptionnelle à
leur disposition permettent de couvrir tous les aspects de la recherche et du
développement des matériaux de pointe, de la modélisation à la réalisation
de dispositifs, en passant par la caractérisation et la synthèse. Distribuées
sur nos quatre pôles universitaires, ces infrastructures sont accessibles aux
utilisateurs industriels.
© Jean-Guy Paradis
La coordination d’activités — conférences, séminaires, ateliers, écoles d’été
et colloques — complète cet environnement tout à fait unique, garant d’excellence
tant en recherche que pour la formation de personnel et de chercheurs
hautement qualifiés. La communauté des étudiants du RQMP, Le Regroupement
québécois étudiant sur les matériaux de pointe (RQÉMP), organise
annuellement sa propre école d’été, élément central de son mandat d’animation
et de promotion.
4 | RQMP | RAPPORT D’ACTIVITÉS 2003-2008
Structure administrative
• Comité exécutif :
Vient Aimez, Université de Sherbrooke
Peter Grütter, Université McGill (directeur 2007-2009)
Hong Guo, Université McGill
Yves-Alain Peter, École Polytechnique de Montréal
Sjoerd Roorda, Université de Montréal
Louis Taillefer, Université de Sherbrooke
• Comité d’organisation des Grandes conférences
du Québec sur les matériaux de pointe :
Guillaume Gervais, Université McGill
Alexandre Blais, Université de Sherbrooke
Carlos Silva, Université de Montréal

Axes de recherche
Notre programmation s’appuie d’une part, sur une collaboration étroite entre
théoriciens, numériciens et expérimentateurs et d’autre part, sur l’intégration
des recherches en science fondamentale et en science appliquée, et s’articule
autour des cinq axes suivants :
1. Électronique et photonique des matériaux
nanostructurés
La nanoélectronique et la nanophotonique ont pour objectif de traiter, transmettre
et sauvegarder l’information en tirant profit des propriétés particulières
de la matière à l’échelle nanométrique; celles-ci étant significativement
différentes de celles observées dans le cas macroscopique. Les projets de
recherche entrepris dans ce secteur traitent de l'électronique moléculaire,
des structures à points, fils et puits quantiques, des nanostructures à base
de supraconducteurs, des matériaux et surfaces nanostructurées et à bande
interdite photonique ainsi que de la magnétoélectronique ou « spintronique ».
2. Magnétisme des matériaux et des systèmes
Les projets de recherche en cours dans ce domaine couvrent le développement
de particules et de nouveaux matériaux magnétiques, l’étude du transport
d’électrons de spin polarisé dans des hétérostructures semiconductrices
et l’étude du magnétisme dans les matériaux quantiques. Les champs d’application
des matériaux magnétiques se multiplient suivant l’évolution croissante
des besoins de l’industrie. À titre d’exemples : petits moteurs, séparateurs
magnétiques, détecteurs et composantes d’ordinateurs et de réfrigération.
3. Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
Il s’agit ici d’explorer, de comprendre et de contrôler le comportement des
électrons dans des matériaux et structures qui révèlent des propriétés électroniques
sans précédent, telle la supraconductivité à haute Tc.
4. Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
Comprendre la structure de la matière et la dynamique de son assemblage est
une étape essentielle à la conception des matériaux de pointe, où le positionnement
des atomes peut avoir un impact marqué sur les propriétés physiques
du produit final. Tant au niveau de la synthèse que de la caractérisation, nos
chercheurs étudient les caractéristiques fondamentales de systèmes d’importance
technologique. L’étude des processus dynamiques en surface et aux
interfaces, la formation de nano- et micro-structures et la caractérisation de
systèmes désordonnés et mésoscopiques sont quelques exemples de projets
en cours.
5. Propriétés technologiques des matériaux
Le contrôle des procédés de fabrication de revêtements et de surfaces fonctionnelles et la
métrologie de leurs propriétés sont essentiels au transfert des activités de recherche vers
des applications industrielles. L’examen in situ des propriétés des couches minces en cours
de formation et de déposition permet de mieux comprendre ces procédés qui ont un impact
significatif sur les propriétés des couches minces résultantes. Plusieurs projets visent à
adapter les méthodes de fabrication aux propriétés recherchées, et ce, dans les domaines
de la photonique, de la microélectronique, de l’aérospatiale et de la pharmaceutique.
© Simon Gélinas © Robert Gagnon
© Robert Gagnon
5 | RQMP | RAPPORT D’ACTIVITÉS 2003-2008

6 | RQMP | RAPPORT D’ACTIVITÉS 2003-2008
Infrastructures
Le RQMP s’est doté d’un parc d’infrastructures à la fine pointe
parmi les mieux équipés au pays; disposant d’un tel éventail d’appareils,
nos chercheurs ne sont limités que par leur imagination!
Ceci favorise non seulement la poursuite de recherche de haut
niveau, mais procure un environnement idéal à la formation de
personnel hautement qualifié. Nos chercheurs repoussent aussi
constamment les limites de l’instrumentation disponible, en développant
de nouveaux outils et techniques qui leur permettent de
s’attaquer aux questions de plus en plus complexes auxquelles
ils sont confrontés.
Infrastructures centrales en commun
Outre l’accès à des laboratoires spécialisés, nos chercheurs et
étudiants profitent d’infrastructures centrales mises en commun,
équipées de l’instrumentation des plus avancées. Des équipes de
professionnels de recherche et techniciens s’assurent du fonctionnement
optimal de ces appareils ainsi que de la formation des
utilisateurs. Ces infrastructures sont accessibles aux usagers des
communautés académique et industrielle.
Synthèse et modification des matériaux
Nous avons la capacité de synthétiser pratiquement tous les
matériaux, qu’ils soient dans le volume, en couches minces, ou
encore nanostructurés. Les experts en synthèse de couches
minces développent des techniques hybrides leur permettant
de créer des couches de micro/nanostructure prédéterminées.
La croissance de cristaux supraconducteurs exotiques permet
l’étude des phénomènes quantiques. Des couches organiques
auto-assemblées sont incorporées à des dispositifs flexibles
optoélectroniques et à des biocapteurs. Enfin, des faisceaux
d’ions sont utilisés pour modifier les propriétés des matériaux et
façonner leurs propriétés sur mesure, ou encore pour étudier de
nouveaux concepts de physique.
© Carol Gauthier

Micro- et nanofabrication
Le RQMP dispose de salles propres équipées d’instrumentation à la fine pointe pour la fabrication
de micro- et nanostructures, de circuits intégrés électroniques et photoniques, de
capteurs et d’actuateurs, ainsi que de structures hybrides. Notre expertise en lithographie
par faisceau d’électrons de faible énergie et dans le traitement des semiconducteurs III-V est
mondialement reconnue.
Caractérisation et micro-analyse
Collectivement, le RQMP regroupe l’infrastructure parmi les plus complètes pour la caractérisation
des matériaux; les techniques les plus sophistiquées de caractérisation chimique et
physique des surfaces, interfaces et couches minces y sont disponibles. Le laboratoire de
faisceaux d’ions, unique au Canada, est mondialement reconnu pour le développement de
techniques analytiques. De plus, le RQMP est chef de file reconnu à l’échelle internationale
pour le développement et les applications de la microscopie par balayage de sonde (Scanning
Probe Microscopy) et des techniques de diffusion de rayons X cohérents. Parmi les
plus complètes au pays, nos infrastructures de physique à basse température, et de métrologie
optique et tribomécanique, contribuent à l’établissement de standards internationaux.
© Robert Gagnon
Calcul haute
performance
Nos chercheurs jouent un rôle
déterminant au sein des principaux
consortiums de calcul
du Québec, le CLUMEQ et le
RQCHP. Ces regroupements
offrent non seulement accès à
de puissantes infrastructures
de calcul, mais l’expertise et la
formation par le biais de cours
et ateliers spécialisés. Incorporées
depuis 2007 au réseau
Calcul Canada, ces infrastructures
incomparables incluent
deux des ordinateurs les plus
puissants au pays (grappes de
3 et 6,9 Tera Flops) ainsi que
des ordinateurs vectoriels et
à mémoire partagée, destinés
à résoudre les problèmes les
plus complexes associés à la
science des matériaux.
7 | RQMP | RAPPORT D’ACTIVITÉS 2003-2008

RQMP en chiffres
Financement
La concertation des chercheurs du RQMP dans des domaines prioritaires pour le Québec et le Canada leur a permis
d’obtenir des subventions majeures de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) depuis 1999. Le RQMP
dispose ainsi d’un parc d’infrastructures et d’équipements à la fine pointe, adapté aux défis et aux besoins technologiques
de demain.
TABLEAU I – Subventions d’équipement (K$)
2003 2004 2005 2006 2007 2008
Conjointes
FCI 1 6 309 19 145 0 0 3 542 1 142
CRSNG 2 54 112 78 189 252 286
FQRNT 3 67 0 143 54 0 246
Autres 0 0 0 0 1 624 0
Total 6430 19257 221 243 5418 1674
Individuelles
FCI 2 916 3 955 4 016 1 590 887 625
CRSNG 33 313 213 571 717 536
FQRNT 109 84 158 78 212 44
Universités 110 90 220 509 0 0
Autres 0 4021 0 0 0 0
Total 3 168 8 463 4 607 2 748 1 816 1 205
8 | RQMP | RAPPORT D’ACTIVITÉS 2003-2008
1 Fondation canadienne pour l’innovation. La FCI contribue pour 40 % du montant indiqué;
la balance de 60 % est financée par le Gouvernement du Québec et les universités
2 Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada
3 Fonds de recherche sur la nature et les technologies du Québec
Le soutien d’investissements considérables de la part du CRSNG, de NanoQuébec, du FQRNT et des universités
participantes, permet de maintenir et de consolider nos infrastructures centrales. Ces subventions assurent notre
compétitivité à la fois par la qualité et la variété de l’instrumentation disponible que par la compétence du personnel
embauché.
Bon nombre de projets de recherche sont subventionnés dans le cadre de collaborations entre plusieurs chercheurs
(projets en équipe financés par le FQRNT) et de partenariats avec l’industrie. L’augmentation régulière des fonds
octroyés aux projets de recherche en équipe illustre bien la concertation de nos efforts dans des projets multidisciplinaires
et collaboratifs. En 2008 seulement, nos chercheurs étaient impliqués dans plus d’une vingtaine de projets
en partenariat avec des membres industriels (subventions de projets stratégiques et R&D Coop du CRSNG) dans
les domaines de l’aéronautique, de l’optique, des nanotechnologies, des détecteurs, des semiconducteurs, de la
microélectronique, de l’énergie et des biotechnologies. Dans ce dernier secteur, il est remarquable de constater
l’augmentation des subventions obtenues dans le cadre de projets collaboratifs financés par les Instituts de recherche
en santé du Canada (IRSC).
À titre individuel, les chercheurs du RQMP bénéficient de subventions en moyenne 30 % plus élevée que la normale
canadienne dans leurs concours respectifs (subvention à la découverte du CRSNG). Quinze chaires de recherche
du Canada (CRC) et trois chaires James McGill permettent de consolider les efforts dans chacun de nos axes de
recherche. En cumulant les fonds provenant de diverses sources, chacun de nos chercheurs bénéficie d’un financement
de fonctionnement moyen de près de 200 000 $ annuellement.

TABLEAU II – Subventions de fonctionnement (K$)
2003 2004 2005 2006 2007 2008
Infrastructures
CRSNG 646 743 658 659 595 401
NanoQuébec 1 485 1 311 1 141 992 798 1 005
MDEIE 4 0 0 0 0 1 603 1 603
Centres institutionnels 471 528 545 522 555 430
FCI 0 13 13 134 184 160
Total 2 602 2 595 2 357 2 307 3 735 3 599
Fonctionnement – conjoint
CRSNG (partenariat) 1 169 989 1 274 1 651 1 420 1 920
FQRNT (équipes) 337 421 520 456 612 704
FQRNT (regroupements) 828 1 111 1 111 1 113 1 113 1 180
IRSC 5 135 261 653 926 711 593
FRSQ 6 0 0 0 0 12 30
Gouv. du Québec 0 34 52 54 60 48
Génome-Québec 133 133 44 0 0 115
Gouv. du Canada 89 97 219 405 444 487
VRQ 7 - NanoQuébec 565 283 0 0 0 0
VRQ - PROMPT 218 283 228 99 30 13
Total 3 474 3 612 4 101 4 704 4 402 5 090
Fonctionnement – individuel
CRSNG (découverte) 2 311 2 602 2 761 2 973 2 885 2 873
CRSNG (autres) 1 158 1 281 1 592 1 579 614 273
Chaires de recherche 565 784 875 898 772 787
Universités 116 236 424 329 199 25
FQRNT 38 76 116 122 135 141
ICRA 8 97 121 172 172 172 248
Autres 25 111 329 403 137 48
Total 4 310 5 211 6 269 6 476 4 914 4 395
TOTAL 10 386 11 418 12 727 13 487 13 051 13 084
4 Ministère du développement économique, de l’innovation et de l’exportation du Québec
5 Instituts de recherche en santé du Canada
6 Fonds de la recherche en santé du Québec
7 Valorisation-recherche Québec
8 Institut canadien de recherches avancées
Étudiants
Plus de 350 étudiants de niveau maîtrise et doctorat, et stagiaires postdoctoraux complètent nos équipes de recherche et
assurent une relève compétente et motivée, prête à relever les défis technologiques de demain.
9 | RQMP | RAPPORT D’ACTIVITÉS 2003-2008

Animation
À l’extérieur du laboratoire, échanges, stages de formation, conférences et séminaires sont
le lieu essentiel de l’avancement de nos connaissances et de la promotion de la recherche.
Le RQMP dédie les efforts nécessaires à l’organisation et à la promotion de ces activités.
Activités régulières
• Réunion annuelle : Les étudiants des cycles supérieurs présentent leurs travaux dans un
cadre informel, favorisant échanges et discussions.
• École d’été du RQÉMP : La communauté étudiante articule sa propre école d’été annuelle
autour de thèmes complémentaires à la formation offerte par les universités.
• Grandes conférences du Québec sur les matériaux de pointe : Deux
fois par année, un scientifique de renom est invité à se prononcer sur l’état
et l’avenir d’un domaine en plein essor : Mildred Dresselhaus et Steven M.
Girvin (2005); Supriyo Datta et Michael Coey (2006); Christopher B. Murray
et Zhi-Xun Shen (2007); Peter Littlewood et Allan H. MacDonald (2008). Ces
visites sont assorties de conférences, périodes d’échanges et rencontres
favorisant le maximum d’interactions entre le conférencier et nos membres
et étudiants.
• Visites industrielles : Organisées en collaboration étroite avec le RQÉMP,
elles visent à promouvoir une meilleure connaissance mutuelle entre la
communauté scientifique et les entreprises et centres de recherche gouvernementaux
de la région (Dalsa, IBM, Agence spatiale canadienne, Institut de
matériaux industriels (CNRC), Institut de recherche d’Hydro-Québec).
Ateliers de formation
S’adressant particulièrement aux étudiants des cycles supérieurs, ces ateliers,
cours et écoles d’été leur permettent d’approfondir notions et techniques à la
fine pointe : formations en microscopie AFM, nouveaux détecteurs, matériaux
quantiques, etc.
10 | RQMP | RAPPORT D’ACTIVITÉS 2003-2008
Conférences et ateliers internationaux
Le partenariat avec d’autres organismes ou instituts nous permet de participer
à des évènements de calibre international, contribuant ainsi de façon significative
à la promotion des connaissances et résultats de nos chercheurs. Quelques
exemples sont : Flexibility in complex materials: glasses, amorphous and
proteins, Sainte-Adèle (2005); Équations aux dérivées partielles de grandes
dimensions en science et en génie, Montréal (2005), en collaboration avec le
Centre de Recherches en Mathématiques (CRM) de l’Université de Montréal;
Premier atelier canadien sur le nanocarbone, Montréal (2005) en collaboration
avec GDR, France; Symposium on Molecular Imaging and Characterization,
Montréal (2005); Colloques organisés dans le cadre du congrès annuel
de L’ACFAS — L’Association francophone pour le savoir : Physique à l’échelle
nanoscopique, Montréal (2006) et Processus chimiques et physiques associés
aux surfaces, interfaces et nanostructures, Québec (2008); Rencontre organisationnelle
pour les utilisateurs québécois de synchrotron, Montréal (2007);
Symposia on Functional Coatings and Surface Engineeering, Montréal (2005
et 2008), en collaboration avec AVS; Treizième conférence canadienne sur la
technologie des semiconducteurs — CCTS2007, Montréal (2007) en partenariat
avec Le Centre de recherche sur les microstructures d’Ottawa (CNRC);
International Workshop on Nanomechanical Sensors, Montréal (2007); International
summer school on Numerical methods for correlated systems in
condensed matter, Magog (2008), en collaboration avec l’ICRA et le PITT.

Impact
© Michel Caron © Simon Gélinas
Plus d’une centaine de prix et distinctions
attribués aux membres du RQMP témoignent
du leadership qu’ils exercent dans leurs
domaines de recherche. À titre d’exemple :
• la Bourse commémorative Steacie
du CRSNG (Grütter, Taillefer, Tremblay);
• la Bourse Alfred P. Sloan
(Blais, Clerk, Gervais, Taillefer);
• la Bourse Killam du Conseil des arts
du Canada (Bandrauk, Guo, Sutton,
Tremblay, Wertheimer);
• la Bourse commémorative Rutherford de la
Société royale du Canada (Grant, Grütter);
• les prix Brockhouse (Guo, Sutton, Taillefer)
et Herzberg (Taillefer, Tremblay) de
l'Association canadienne des physiciens;
• le prix Urgel-Archambault de l'Association
francophone pour le savoir-Acfas
(Bandrauk, Taillefer, Tremblay);
• et le prix Marie-Victorin du Gouvernement
du Québec (Taillefer).
Plusieurs chercheurs du RQMP se distinguent
aussi comme membres (« Fellow ») de sociétés
de prestige dont :
• la Société royale du Canada (Bandrauk,
Grant, Grütter, Guo, Taillefer, Tremblay);
• la Société royale du Royaume-Uni (Sacher);
• l’American Physical Society
(Guo, Martel, Taillefer);
• l’Institute of Electrical and Electronic
Engineers (Yelon);
• l’American Association for the Advancement
of Sciences (Bandrauk);
• et l’Institut canadien de recherches avancées
(Bourbonnais, Clerk, Fournier, Gervais,
Grütter, Guo, Szkopek, Taillefer, Tremblay).
Soulignons également la nomination
des travaux de nos chercheurs par la
revue Québec-Sciences au palmarès
des 10 découvertes de l’année :
Bandrauk (2004, 2008), Blais (2007),
Martel (2006) et Taillefer (2003, 2007).
11 | RQMP | RAPPORT D’ACTIVITÉS 2003-2008

membres
A
G
N
13 Aimez, Vincent
25 Gervais, Guillaume
37 Nigam, Nilima
13 Altounian, Zaven
14 Arès, Richard
25 Grant, Martin
26 Grütter, Peter
P
B
26 Guenat, Olivier
27 Gujrathi, Subhash
37 Peter, Yves-Alain
38 Poirier, Mario
14 Badia, Antonella
15 Bandrauk, André
15 Barrett, Christopher
27 Guo, Hong
H
R
38 Rochefort, Alain
16 Beauvais, Jacques
28 Hilke, Michael
39 Roorda, Sjoerd
16 Bennewitz, Roland
28 Houdayer, Alain
39 Ryan, Dominic
17 Bianchi, Andrea
17 Blais, Alexandre
J
S
18 Boone, François
29 Jandl, Serge
40 Sacher, Edward
18 Bourbonnais, Claude
C
K
29 Kilfoil, Maria
40 Santato, Clara
41 Schiettekatte, François
41 Sénéchal, David
19 Caron, Laurent
30 Klemberg-Sapieha, Jolanta
42 Silva, Carlos
19 Charlebois, Serge
20 Clerk, Aashish
L
42 Siwick, Bradley J.
43 Sutton, Mark
20 Cochrane, Robert William
30 Lennox, Bruce
43 Szkopek, Thomas
21 Côté, Michel
21 Côté, René
31 Leonelli, Richard
31 Lewis, Laurent
T
D
22 Desjardins, Patrick
22 Drouin, Dominique
32 Lupien, Christian
M
32 Maciejko, Romain
44 Taillefer, Louis
44 Tremblay, André-Marie
V
23 Dubé, Martin
33 Martel, Richard
45 Viñals, Jorge
12 | RQMP | MEMBRES
23 Dubowski, Jan
F
24 Fournier, Patrick
24 Francoeur, Sébastien
33 Martinu, Ludvik
34 Masut, Remo
34 Ménard, David
35 Meunier, Michel
35 Mi, Zetian
36 Morris, Denis
36 Mousseau, Normand
W
45 Wertheimer, Michel
46 Wiseman, Paul
Y
46 Yelon, Arthur

AIMEZ V. ALTOUNIAN Z.
Nom : Vincent Aimez
Affiliations : Professeur, Département de génie
électrique et génie informatique; Directeur,
Centre de recherche en nanofabrication et en
nanocaractérisation (CRN 2 ); Membre, Centre
d’excellence en génie de l’information (CEGI),
Université de Sherbrooke
Diplôme : Ph.D. Génie électrique, 2000,
Université de Sherbrooke, Canada
Courriel : vincent.aimez@usherbrooke.ca
Web : www.crn2.ca / www.cegi.ca
Recherche
Membre fondateur du Centre de Recherche en nanofabrication et en nanocaracterisation
(CRN²) de l’Université de Sherbrooke, le prof. Aimez y a joué un rôle
déterminant pour la mise en place d’infrastructures de nano-microfabrication
pour le prototypage rapide de dispositifs optoélectroniques. Les matériaux utilisés
incluent les systèmes silicium/SOI, InP, GaAs ainsi que les hétérostructures
GaN III-V.
Il a récemment mis sur pieds un projet de recherche ambitieux visant la fabrication
de dispositifs photoniques hybrides constitués de membranes III-V adhérant
à des substrats de verre/silice. Il s’intéresse également au développement de
cellules solaires à jonctions multiples à haute efficacité, faisant appel au
développement de nouveaux procédés de passivation et de gravure.
Enfin, il collabore avec d’autres chercheurs sur des applications dans les
domaines allant de l’énergie renouvelable aux dispositifs monolithiques intégrés
pour les télécommunications ainsi que sur les composants biophotoniques pour
des applications médicales.
Publications choisies
• “Nonlinear scattering and trapping by local photonic potentials”,
Y. Linzon, R. Morandotti, M. Volatier, V. Aimez, R. Arès et S. Bar-Ad,
Physical Review Letters 99, 133901 (2007).
• “Optical modes at the interface between two dissimilar discrete
meta-materials”, S. Suntsov, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, G. I. Stegeman,
R. Morandotti, M. Volatier, V. Aimez, R. Arès, C.E. Rüter et D. Kip,
Optics Express 15, 4663 (2007).
• “Bandgap tuning of InAs/InP quantum sticks using low-energy
ion-implantation-induced intermixing”, B. Salem, V. Aimez, D. Morris,
A. Turala, P. Regreny et M. Gendry,
Applied Physics Letters 87, 24115 (2005).
• “Hybridization of III-V semiconductor membranes onto ion-exchanged
waveguides”, M. Nannini, E. Grondin, A. Gorin, V. Aimez et J.E. Broquin,
IEEE Journal of selected Topics in Quantum Electronics, Special issue on
Integrated Optics 11, 547 (2005).
• “Low energy ion implantation induced quantum well intermixing”,
V. Aimez, J. Beauvais, J. Beerens, D. Morris, H.S. Lim et B.S. Ooi,
IEEE Journal of selected Topics in Quantum Electronics 8, 870 (2002).
Nom : Zaven Altounian
Affiliation : Professeur, Département de physique,
Université McGill
Diplôme : Ph.D. Physique, 1979,
McMaster University, Hamilton, Canada
Courriel : altounian@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/
Recherche
Je m’intéresse aux propriétés physiques des nouveaux matériaux, en particulier,
ceux qui font partie des quatre catégories suivantes :
1. Les verres métalliques. Les propriétés de transport électronique,
la supraconductivité et les matériaux à changement de phase.
2. Les matériaux magnétocaloriques, en particulier les composés et alliages
ayant un effet magnétocalorique géant.
3. Le nanomagnétisme. Ceci inclue les matériaux magnétiques durs comportant
des nanostructures contrôlées, les multicouches magnétiques, les valves de
spin et les nanocomposés magnétiques.
4. Calculs ab initio de fonctionnelle de densité « muffin-tin orbital » pour
déterminer la structure électronique et les propriétés magnétiques à l’état
fondamental de composés magnétiques.
Publications choisies
• “Structure and magnetic properties of bulk nanocrystalline SmCo 6.6Nb 0.4
permanent magnets”, M. Yue, J.X. Zhang, L.J. Pan, X.B. Liu et Z. Altounian,
Appl. Phys. Lett. 90, 242506 (2007).
• “Magnetic states and magnetic transition in RCo 2 Laves phases”,
X.B. Liu et Z. Altounian,
J. Phys.-Cond. Matter 18, 5503 (2006).
• “The structure and large magnetocaloric effect in rapidly quenched LaFe 11.4Si 1.6
compounds”, X.B. Liu, Z. Altounian et G.H. Tu,
J. Phys.-Cond. Matter 16, 8043 (2004).
• “Pd polarization and interfacial moments in Pd-Fe multilayers”,
L. Cheng, Z. Altounian et D.H. Ryan,
Phys. Rev. B 69, 144403 (2004).
• “Electronic transport properties in amorphous and crystalline FeZr2 examined
via the density of states”, M. Dikeakos, Z. Altounian et M. Fradkin,
Phys. Rev. B 70, 024209 (2004).
Mots-clefs
Matériaux magnétocaloriques, théorie de la fonctionnelle de la densité,
nanomagnétisme, verres métalliques, multicouches magnétiques
Affiliations professionnelles
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Institute of Physics (IOP)
Mots-clefs
Nanofabrication, microfabrication, optoélectronique, biophotonique
13 | RQMP | membRES

ARÈS R. BADIA A.
14 | RQMP | membRES
Nom : Richard Arès
Affiliation : Professeur, Département de génie
mécanique; Membre, Centre de recherche en
nanofabrication et en nanocaractérisation (CRN 2 )
et Centre d’excellence en génie de l’information
(CEGI), Université de Sherbrooke
Diplôme : Ph.D. Physique, 1998,
Université Simon Fraser, Canada
Courriel : richard.ares@usherbrooke.ca
Web : www.gel.usherbrooke.ca/crn2/pages_
personnel/ares/accueil_en.htm
Recherche
Au Laboratoire d’épitaxie avancée (LÉA), nous étudions les procédés de déposition
épitaxiale de couches minces semiconductrices. Nos recherches sont orientées
selon les trois axes suivants :
Outils avancés : En améliorant la technique d’épitaxie par faisceau chimique
(CBE), une version modifiée de la technique mieux connue d’épitaxie par faisceau
moléculaire (MBE), nous visons le développement d’une nouvelle génération
d’outils CBE, qui dépasseront les autres méthodes en termes de qualité, de
versatilité et de coûts d’opération. Combinant les techniques à la fine pointe de
CAD/CAM et la simulation numérique, nous concevons et fabriquons tous les
composants de nos systèmes, de l’injection à l’enceinte UHV, en passant par les
contrôles informatisés et les manipulateurs d’échantillons.
Procédés avancés : Nous améliorons les procédés de déposition par des
contrôles in-situ qui nous permettent de mesurer la croissance latérale et le suivi
en temps réel des modifications de la surface. Ces procédés nous permettront de
développer de nouvelles techniques appliquées à la fabrication de structures de
semiconducteurs complexes tels des systèmes intégrés pour les télécommunications
et les applications environnementales, médicales et militaires.
Matériaux avancés : Nous adaptons des techniques de déposition CBE à de
nouveaux matériaux, particulièrement les semiconducteurs III-V renfermant de
l’azote (III-N) ou de l’antimoine (III-Sb). Nous envisageons aussi utiliser d’autres
méthodes de déposition comme l’épitaxie hybride en phase vapeur (HVPE) ou
l’oxyde-MBE, en combinaison avec la CBE pour fabriquer des dispositifs.
Publications choisies
• “Electronic Optical modes at the interface between two dissimilar discrete
meta-materials”, S. Suntsov, K.G. Makris, D.N. Christodoulides, G.I. Stegeman,
R. Morandotti, M. Volatier, V. Aimez, R. Arès, C.E. Rüter et D. Kip,
Optics Express 15, 4663 (2007).
• “Determination of structural parameters in heterojunction bipolar transistors
by x-ray diffraction with (002) reflection”, A. Shen, E.M. Griswold, G. Hillier,
L. Dang, A. Kuhl, R. Arès, D. Clark et I.D. Calder,
J. Vac. Sci. Technol. A 20, 1011 (2002).
• “Calibrated scanning spreading resistance microscopy profiling of carriers
in III-V structures”, R. P. Lu, K. L. Kavanagh, S. J. Dixon-Warren, A. Kuhl,
A. J. SpringThorpe, E. Griswold, G. Hillier, I. Calder, R. Arès et R. Streater,
J. Vac. Sci. Technol. B 19, part 4, 1662 (2001).
• “Effects of Growth Rate on Surface Morphology of Heavily Carbon-Doped
InGaAs”, A. Kuhl, R. Arès et R. Streater,
J. Vac. Sci. Technol. B 19, part 4, 1550 (2001).
Mots-clefs
Épitaxie par faisceau chimique, ultra-vide, contrôle in-situ, semiconducteurs III-V,
nanostructures
Recherche
La recherche de mon groupe porte sur les couches minces organiques et sur
la chimie des surfaces. L’avancement de nos connaissances fondamentales
nous permet désormais de développer des moyens de contrôler les facteurs
qui interviennent à l’échelle moléculaire lors de l’assemblage de couches
organiques ultraminces dont la structure est hautement ordonnée. Ces films sont
utilisés dans une variété d’applications biomédicales comme la fabrication et la
production de surfaces biomimétiques structurées, comme systèmes modèles ou
encore comme revêtements fonctionnels dans des dispositifs. Les approches que
nous utilisons pour synthétiser des films hautement organisés sur support solide
sont principalement l’auto-assemblage d’alcane-thiols ω-fonctionnalisés sur des
surfaces d’or ou encore le dépôt de monocouches lipidiques Langmuir-Blodgett
(LB) ou Langmuir-Schaefer (LS) formées à l’interface air/eau. Ces films permettent
d’aborder une gamme de problèmes tant au niveau de la nanofabrication que
de la biophysique des membranes ou de la chimie des biomatériaux. Quelques
exemples sont la formation de microdomaines lipidiques dans les préparations de
membranes cellulaires, la préparation de surfaces nanostructurées latéralement
et la conception de films biocompatibles.
Publications choisies
• “Electrochemical Surface Plasmon Resonance Investigation of Dodecyl
Sulfate Adsorption to Electroactive Self-Assembled Monolayers via Ion-Pairing
Interactions”, L.L. Norman et A. Badia,
Langmuir 23, 10198 (2007).
• “Effect of Molecular Weight on the Exponential Growth and Morphology of
Hyaluronan/Chitosan Multilayers: A Surface Plasmon Resonance Spectroscopy
and Atomic Force Microscopy Investigation”, P. Kujawa, P. Moraille, J. Sanchez,
A. Badia et F. M. Winnik,
J. Am. Chem. Soc. 127, 9224 (2005).
• “Enzymatic Lithography of Phospholipid Bilayer Films by Stereoselective
Hydrolysis”, P. Moraille et A. Badia,
J. Am. Chem. Soc. 127, 6546 (2005).
• “Nanomechanical Cantilever Motion Generated by a Surface-Confined Redox
Reaction”, F. Quist, V. Tabard-Cossa et A. Badia,
J. Phys. Chem. B 107, 10691 (2003).
• “Nanoscale Stripe Patterns in Phospholipid Bilayers Formed by the
Langmuir-Blodgett Technique”, P. Moraille et A. Badia,
Langmuir 19, 8041 (2003).
Prix et distinctions
2006 : Chaire de recherche du Canada sur les structures organiques ultraminces
et membranaires (niveau II)
2004 : Canadian National Committee/IUPAC Travel Award
2002 : Cottrell Scholar Award, Research Corporation, USA
2000 : Bourse du programme stratégique de professeurs-chercheurs;
Fonds FCAR
1999 : Research Innovation Award, Research Corporation, USA
Affiliations professionnelles
American Chemical Society
Institut de chimie du Canada
Mots-clefs
Surfaces et interfaces, films ultraminces organiques,
microscopie en champ proche
Nom : Antonella Badia
Affiliations : Professeure, Département de chimie,
Université de Montréal; Directrice adjointe, Centre
de recherche sur les matériaux auto-assemblés
(CRMAA); Chaire de recherche du Canada sur les
structures organiques ultraminces et membranaires
Diplôme : Ph.D. Chimie, Université McGill, Canada
Courriel : antonella.badia@umontreal.ca
Web : www.esi.umontreal.ca/~badiaa/homepage/
badia_index.html

BANDRAUK A. BARRETT C.
Nom : Andre D. Bandrauk, Ph. D., FRSC, FAAAS
Affiliations : Professeur de chimie théorique et informatique,
Département de chimie, Université de Sherbrooke; Chaire
de Recherche du Canada en chimie computationnelle &
photonique moléculaire; Membre, Centre de recherches
mathématiques (CRM); Humboldt Research Fellow,
Free University Berlin
Diplôme : Ph.D. Chimie physique, 1968,
Université McMaster, Canada
Courriel : andre.dieter.bandrauk@usherbrooke.ca
Web : http://pages.usherbrooke.ca/adbandrauk
Recherche
1. Méthodes numériques avancées pour la chimie théorique incluant les
applications en photonique moléculaire - i) théorie de la fonctionnelle
de densité non invasive, résolue dans le temps, ii) Équations Maxwell-
Schroedinger et Maxwell-Dirac pour interactions laser moléculaires
non invasives au-delà de Born-Oppenheimer.
2. Contrôle quantique non invasif de la matière par des impulsions laser
intenses ultrarapides.
3. Optique moléculaire non linéaire et non invasive telle que la génération
d’harmonique d’ordre supérieur.
4. La science attoseconde — la prochaine frontière !
Publications choisies
• “A Numerical Maxwell-Schroedinger Model for Intense Laser-matter Interaction
and Propagation”, E. Lorin, S. Chelkowski et A. D. Bandrauk,
Comput. Phys Commun. 177, 908 (2007).
• “Normal Form Transition State Theory for Laser Controlled Reactions”, S. Kawai,
A. D. Bandrauk et T. Uzer,
J. Chem. Phys. 126, 164306 (2007).
• “Laser Phase Control of High Order Harmonic Generation at Large Distance”,
A. D. Bandrauk, S. Barmaki et G. Lagmago-Kamta,
Phys Rev Lett. 98, 013001 (2007).
• “Chirped Attosecond Photoelectron Spectroscopy”, G. L. Yudin, A. D. Bandrauk
et P. B. Corkum,
Phys. Rev. Lett. 96, 063002 (2006).
• “Coherent Control of Harmonic Generation in Super Lattices”,
K. Pronin et A. D. Bandrauk,
Phys. Rev. Lett. 97, 020602 (2006).
Prix et distinctions
2007 : Prix J. C. Polanyi; CRSNG (avec P. B. Corkum, NRC)
2007 : Fellow, Humboldt Foundation (Allemagne)
2005 : Prix Urgel Archambault; ACFAS
2003 : Fellow of the American Association for the Advancement of Science
2002 : Chaire de Recherche du Canada en chimie computationnelle & photonique
moléculaire (Niveau I)
2001 : Prix J. C. Polanyi; Institut de chimie du Canada
1999 : Fellow, Japan Society for Promotion of Science
1992 : Fellow, Société royale du Canada
1987 : Fellow, Institut de chimie du Canada
1982 : Killam Fellow, Conseil canadien des arts
1968 : NATO Research Fellow; Oxford University, UK
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (CAP)
Société canadienne de chimie (CSC)
Association canadienne-française pour l’avancement des sciences (ACFAS)
American Chemical Society (ACS)
American Physical Society (APS)
Optical Society of America (OSA)
Society for Industrial & Applied Mathematics (SIAM)
Canadian Association of Theoretical Chemists (CATC)
Mots-clefs
Chimie théorique, chimie du laser, optique moléculaire non-linéaire,
laser intense ultra-rapide, science attoseconde
Nom : Christopher Barrett
Affiliations : Professeur, Département de chimie; Membre,
McGill Institute for Advanced Materials; Centre de
recherche sur les matériaux auto-assemblés (CRMAA)
et département de physique, Université McGill; Canadian
Institute for Neutron Scattering (National Research
Council of Canada)
Diplôme : Ph.D. Chimie, 1997, Queen’s University, Canada
Courriel : christopher.barrett@mcgill.ca
Web : www.barrett-group.mcgill.ca
Recherche
Le groupe de Christopher Barrett applique les techniques d’optique et de
photonique à l’auto-assemblage de couches minces, plus particulièrement aux
interfaces et dispositifs bio optiques. L’approche novatrice utilisée repose sur
l’interaction entre les signaux lumineux et les films assemblés à partir de solutions
diluées de polymères. Les propriétés optiques et de surface de ces couches minces
sont interdépendantes : la lumière est utilisée d’une part pour sonder la structure et
la surface des couches minces et d’autre part, pour en modifier les propriétés.
Les polymères utilisés combinent des groupements photo-actifs absorbant la
lumière (chromophores azobenziques) et des groupements chargés assurant
leur solubilisation (électrolytes). Ces azo-polyélectrolytes peuvent donc être autoassemblés
en chaînes moléculaires grâce à leurs groupements ioniques positifs
et négatifs. Leurs propriétés électro-optiques sont étudiées par laser en vue
d’applications telles le stockage d’information, l’holographie ou le traitement du
signal de dispositifs. Le but est de pouvoir éventuellement utiliser ces films de
polymères comme interfaces entre les systèmes biologiques et les dispositifs
électroniques et optiques traditionnels. En effet, des films biocompatibles
pourraient servir de capteurs bio-actifs destinés à transmettre l’information
entre ces dispositifs et les systèmes biologiques.
Publications choisies
• “Photo-Mechanical Effects in Azobenzene-Containing Soft Materials”,
C.J. Barrett, T. Ikeda, K.G. Yager et J. Mamiya,
Soft Matter 3, 1249 (2007).
• “Novel Photoswitching using Azobenzene Functional Materials”,
K.G. Yager et C.J. Barrett,
Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 182, 250 (2006).
• “Light-Induced Reversible Volume Changes in Thin Films of Azo Polymers:
the Photo-Mechanical Effect”, O.M. Tanchak et C.J. Barrett,
Macromolecules 38, 10566 (2005).
• “Swelling Behavior of Hyaluronic Acid/Polyallylamine Hydrochloride Multilayer
Films”, S.E. Burke et C.J. Barrett,
Biomacromolecules 6, 1419 (2005).
• “Physico-Chemical Properties of Multilayers of Weak Polyelectrolytes”,
S.E. Burke et C.J. Barrett,
Pure and Applied Chemistry 76, 1387 (2004).
Prix et distinctions
2006 : Professeur-invité, Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)
2005 : ISI Essential Science Indicator Citation Index Highly Cited Paper “Fast-Moving
Research Front” for all of Biochemistry and Biology, 04/05, 2005
2003 : PAGSE “Leader of Tomorrow”; Société royale du Canada
2000 : Professeur stratégique; FCAR
1997 : Bourse postdoctorale; CRSNG
1996 : Canadian Society for Chemistry Graduate Award in Macromolecular Science
1996 : Newport Graduate Award in Optical Sciences; Association canadienne
des physiciens
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Chemical Society (ACS)
American Physical Society (APS)
Materials Research Society (MRS)
Institut de chimie du Canada (ICC)
American Association for the Advancement of Science (AAAS)
SPIE
Mots-clefs
Multicouches, polyélectrolytes, photochimie des azobenzènes,
science des surfaces, modelage optique
15 | RQMP | membRES

eauvais j. bennewitz r.
16 | RQMP | membRES
Recherche
Nom : Jacques Beauvais
Affiliations : Professeur, Département de génie
électrique et de génie informatique; Vice-recteur
à la recherche; Membre, Centre de recherche en
nanofabrication et en nanocaractérisation (CRN 2 )
et Centre d’excellence en génie de l’information
(CEGI), Université de Sherbrooke
Diplôme : Ph.D. Physique, 1990,
Université d’Ottawa, Canada
Courriel : jacques.beauvais@usherbrooke.ca
Web : www.gel.usherbrooke.ca/crn2/pages_
personnel/beauvais/accueil.htm
Depuis 15 ans, Jacques Beauvais concentre ses activités de recherche sur le
développement de techniques de nanofabrication, notamment dans l’utilisation
de la lithographie à base de faisceau d’électrons pour réaliser des nanostructures
destinées à être intégrées dans des dispositifs avancés d’électronique et de
photonique. Ses travaux ont mené à 6 brevets et à un transfert technologique
dans le cadre d’un essaimage d’entreprise technologique. Une attention
particulière est portée à l’étude des propriétés qui découlent des dimensions
nanométriques des composants ayant été réalisés dans son laboratoire. Depuis
10 ans, ses travaux de recherche sont orientés sur le développement de
techniques de fabrication de nanostructures métalliques combinant lithographie
et auto-assemblage, le développement et l’étude de nouvelles résines pour la
lithographie par faisceau d’électrons et la réalisation de réseaux métalliques
aux dimensions nanométriques intégrés dans des bio-capteurs exploitant les
résonances de plasmons de surface. Invité en Espagne en 2005 pour présenter
de nouvelles techniques de nanolithographie, il a également développé un modèle
pour étudier les limites ultimes de la technique de lithographie par faisceau
d’électrons. Les résultats de ce modèle ont été repris par plusieurs grandes
entreprises impliquées dans la technologie des semiconducteurs (notamment
STMicroelectronics et le consortium Sematech).
Publications choisies
• “Single-electron transistors with wide operating temperature range”,
C. Dubuc, J. Beauvais et D. Drouin,
Appl. Phys. Lett. 90, 113104 (2007).
• “Enhancement of quantum well intermixing on InP/InGaAs/InGaAsP heterostructures
using titanium oxide surface stressors to induce forced point defect
diffusion”, A. François, V. Aimez, J. Beauvais, M. Gendry et P. Regreny,
Appl. Phys. Lett. 89, 164107 (2006).
• “Uniform 1-Dimensional Arrays of Tunable Gold Nanoparticles with Tunable
Inter-particle Distances”, M. Corbierre, J. Beerens, J. Beauvais et R.B. Lennox,
Chemistry of Materials 18, 2628 (2006).
• “Nano patterning on optical fiber and laser diode facet with dry resist”,
P. Kelkar, J. Beauvais, E. Lavallée, D. Drouin, M. Cloutier, D. Turcotte, Pan Yang,
Lau Kien Mun, R. Legario, Y. Awad et V. Aimez,
J. Vac. Sci. Technol. A 22, 743 (2004).
• “Method of producing an etch-resistant polymer structure using electron
beam lithography”, E. Lavallée, J. Beauvais, D. Drouin et M. Cloutier,
USA Patent #6,777,167 (2004).
Affiliations professionnelles
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Ordre des Ingénieurs du Québec (OIQ)
Mots-clefs
Nanolithographie, nanofabrication, microfabrication, électronique, photonique
Recherche
Notre recherche vise une compréhension approfondie des propriétés mécaniques
des surfaces, d’un point de vue microscopique. La majeure partie des expériences
que nous réalisons font appel, sans toutefois y être limitées, à la microscopie à
force atomique à haute résolution. En concevant et fabriquant nous-mêmes la
plupart de nos appareils de mesure, nous développons de nouvelles techniques
qui nous permettent d’obtenir des résultats originaux et ainsi de faire évoluer
cette science à la fine pointe.
Les processus fondamentaux de friction, d’usure et de plasticité nous
intéressent particulièrement. Expérimentalement, ceux-ci se manifestent par
des sauts atomiques observés sur des signaux de force latéraux ou normaux.
La corrélation entre les mesures de force et l’imagerie en haute résolution
permet de décrire quantitativement les étapes élémentaires de dissipation et de
déformation, et de les comparer directement à des simulations atomiques. Ces
expériences sont réalisées sous des conditions d’ultra-haut vide ou dans des
cellules électrochimiques.
Un autre volet de notre programme est la science des surfaces des isolants, en
particulier les nanostructures auto-organisées, qui sont utilisées comme modèles
pour étudier la croissance de nanostructures fonctionnelles.
Publications choisies
• “Asymmetry in the reciprocal epitaxy of NaCl and KBr”,
S. Maier, O. Pfeiffer, Th. Glatzel, E. Meyer, T. Filleter et R. Bennewitz,
Phys. Rev. B 75, 195408 (2007).
• “Atomic-Scale Control of Friction by Actuation of Nanometer-Sized Contacts”,
A. Socoliuc, E. Gnecco, S. Maier, O. Pfeiffer, A. Baratoff, R. Bennewitz et E. Meyer,
Science 313, 207 (2006).
• “Structured surfaces of wide-band gap insulators as templates for overgrowth
of adsorbates”, R. Bennewitz,
J. Phys.: Condens. Matter 18, R417 (2006).
• “Atomic-scale yield and dislocation nucleation in KBr”,
T. Filleter, S. Maier et R. Bennewitz,
Phys. Rev. B 73, 155433 (2006).
• “Fluctuations and jump dynamics in atomic friction experiments”,
S. Maier, Yi Sang, T. Filleter, M. Grant, R. Bennewitz, E. Gnecco et E. Meyer,
Phys. Rev. B 72, 245418 (2005).
Prix et distinctions
2004 : Chaire de recherche du Canada en nanomécanique expérimentale
(Niveau II)
Affiliations professionnelles
American Vacuum Society
Association canadienne des physiciens
American Physical Society
Deutsche Physikalische Gesellschaft
Nom : Roland Bennewitz
Affiliations : Professeur adjoint, Département de
physique, Université McGill; Chaire de recherche
du Canada en nanomécanique expérimentale;
Depuis 2008 : Leibniz Institute for new materials,
Saarbrücken, Allemagne
Diplôme : Ph.D. Physique, 1997,
Freie Universitat Berlin, Allemagne
Courriel : roland.bennewitz@mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~roland/
Mots-clefs
Nanoscience, microscopie en champ proche, nanomécanique,
science des surfaces

ianchi a.D. blais a.
Recherche
Le groupe de recherche Bianchi caractérise de nouveaux composés intermétalliques,
principalement synthétisés par flux et transport gazeux, afin d’aborder des
questions fondamentales dans les domaines de la spintronique et des supraconducteurs
non conventionnels.
Ce nouveau domaine de recherche - appelé spintronique par analogie avec
l’électronique conventionnelle - s’appuie sur l’interaction complexe entre le spin
de l’électron et les degrés de liberté des charges. Notre stratégie vise à tirer
avantage de ces interactions pour manipuler, transmettre et emmagasiner
l’information. Nous tentons de répondre à une question fondamentale pour
l’ingénierie des dispositifs spintroniques, soit de comprendre comment se
forment les moments magnétiques dans les semiconducteurs magnétiques.
En collaboration avec des chercheurs suisses, nous utilisons la technique de
diffraction des neutrons en incidence rasante (Small angle neutron scattering
- SANS) pour sonder l’état supraconducteur dans des supraconducteurs non
conventionnels soumis à des champs magnétiques intenses à basse température.
Alors que dans les supraconducteurs à ondes s, l’excitation des quasiparticules
est confinée au centre des vortex, selon un régime quasi classique, un régime
entièrement nouveau apparaît dans les supraconducteurs non conventionnels, où
un traitement quantique complet est nécessaire pour décrire l’interaction entre les
quasiparticules et le champ magnétique du vortex.
Publications choisies
• “Superconducting Vortices in CeCoIn 5: Toward the Pauli-Limiting Field”,
A. D. Bianchi, M. Kenzelmann, L. DeBeer-Schmitt, J. S. White, E. M. Forgan,
J. Mesot, M. Zolliker, J. Kohlbrecher, R. Movshovich, E. D. Bauer, J. L. Sarrao,
Z. Fisk, C. Petrovic et M. R. Eskildsen,
Science 319, 177 (2008).
• “Magneto-Optical Evidence of Double Exchange in a Percolating Lattice”,
G. Caimi, A. Perucchi, L. Degiorgi, H. R. Ott, V. M. Pereira, A. H. Castro Neto,
A. D. Bianchi et Z. Fisk,
Phys. Rev. Lett. 96, 016403 (2006).
• “Possible Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov superconducting state in CeCoIn 5”,
A. Bianchi, R. Movshovich, C. Capan, P.G. Pagliuso et J. L. Sarrao,
Phys. Rev. Lett. 91, 187004 (2003).
• “Avoided antiferromagnetic order and quantum critical point in CeCoIn 5”,
A. Bianchi, R. Movshovich, I. Vekhter, P. G. Pagliuso et J. L. Sarrao,
Phys. Rev. Lett. 91, 257001 (2003).
• “First-order transition from a Kondo insulator to a ferromagnetic metal in single
crystalline FeSi 1−xGe x”, S. Yeo, S. Nakatsuji, A. D. Bianchi, P. Schlottmann, Z. Fisk,
L. Balicas, P. A Stampe et R.J. Kennedy,
Phys. Rev. Lett. 91, 046401 (2003).
Prix et distinctions
2007 : Chaire de recherche du Canada sur les nouveaux matériaux pour des
applications à la spintronique (Niveau II)
Affiliation professionnelle
American Physical Society
Nom : Andre Daniele Bianchi
Affiliation : Professeur adjoint, Département de
physique, Université de Montréal; Chaire de
recherche du Canada sur les nouveaux matériaux
pour des applications à la spintronique
Diplôme : Ph.D. Sciences naturelles, 1999,
École polytechnique fédérale de Zurich, Suisse
Courriel : andrea.bianchi@umontreal.ca
Web : www.phys.umontreal.ca/~andrea_bianchi/
Mots-clefs
Supraconductivité, spintronique, matériaux fortement corrélés,
croissance de cristaux
Recherche
La recherche du professeur Blais porte principalement sur la physique de l’information
quantique et sur les systèmes mésoscopiques dominés par des phénomènes
quantiques à large échelle. En collaboration étroite avec des groupes de
recherche expérimentale, il explore de nouvelles approches utilisant les systèmes
mésoscopiques dans le contexte du traitement de l’information quantique. Il est
particulièrement intéressé par les bits quantiques supraconducteurs et les liens
qui existent entre ces systèmes de l’état solide et l’optique quantique.
Publications choisies
• “Resolving photon number states in a superconducting circuit”,
D. I. Schuster, A. A. Houck, J. A. Schreier, A. Wallraff, J. M. Gambetta, A. Blais,
L. Frunzio, B. Johnson, M. H. Devoret, S. M. Girvin et R. J. Schoelkopf,
Nature 445, 515 (2007).
• “Quantum information processing with circuit quantum electrodynamics”,
A. Blais, J. M. Gambetta, A. Wallraff, D. I. Schuster, S. M. Girvin,
M. H. Devoret et R. J. Schoelkopf,
Phys. Rev. A 75, 032329 (2007).
• “Qubit-photon interactions in a cavity: Measurement-induced dephasing and
number splitting”, J. Gambetta, A. Blais, D. Schuster, A. Wallraff, L. Frunzio,
R.-S. Huang, J. Majer, M. H. Devoret, S. M. Girvin et R. J. Schoelkopf,
Phys. Rev. A 74, 042318 (2006).
• “Sideband Transitions and Two-Tone Spectroscopy of a Superconducting
Qubit Strongly Coupled to an On-Chip Cavity”,
A. Wallraff, D. I. Schuster, A. Blais, J. Gambetta, J. Schreier, L. Frunzio,
M. H. Devoret, S. M. Girvin et R. J. Schoelkopf,
Phys. Rev. Lett. 99, 050501 (2007).
• “Protocol for universal gates in optimally biased superconducting qubits”,
C. Rigetti, A. Blais et M. Devoret,
Phys. Rev. Lett. 94, 240502 (2005).
Prix et distinctions
2008 : Alfred P. Sloan Fellowship
2007 : Dix découvertes de l’année, magazine Québec Science
2004 : Prix doctoral du CRSNG
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens
American Physical Society
Nom : Alexandre Blais
Affiliations : Professeur adjoint, Département
de physique, Université de Sherbrooke; Membre,
Programme de recherche sur les matériaux
quantiques, Institut Canadien de Recherches
Avancées (ICRA), Institut transdisciplinaire
d’informatique quantique (INTRIQ)
Diplôme : Ph.D. Physique, 2002,
Université de Sherbrooke, Canada
Courriel : a.blais@usherbrooke.ca
Web : www.physique.usherbrooke.ca/blais/
Mots-clefs
Bits quantiques supraconducteurs, optique quantique, systèmes mésoscopiques,
information quantique
17 | RQMP | membRES

oone f. bourbonnais c.
18 | RQMP | membRES
Nom : François Boone
Affiliation : Professeur, Département de génie
électrique et de génie informatique; Membre,
Centre de recherche en nanofabrication et en
nanocaractérisation (CRN 2 ) et Centre d’excellence
en génie de l’information (CEGI), Université
de Sherbrooke
Diplôme : Ph.D. Génie électrique, 2000,
École Polytechnique de Montréal, Canada
Courriel : francois.boone@usherbrooke.ca
Web : www.gel.usherbrooke.ca/lemo/
Recherche
Établi en 1999 sous la direction du professeur François Boone, le Laboratoire
d’électronique micro-onde se dédie à la conception, la réalisation et la caractérisation
de dispositifs électroniques miniaturisés, conçus pour des applications en
télécommunication. Les projets de recherche en cours sont interdisciplinaires et
impliquent pour la plupart des volets de photonique, d’électronique, de sciences
des matériaux, d’analyse des signaux, d’imagerie millimétrique et d’auscultation.
Plus particulièrement, un des axes de recherche est le développement d’appareil
d’imagerie micro-onde dont les applications potentielles sont multiples dans des
domaines aussi variés que la médecine, la sécurité, les procédés de fabrication
et la pharmacologie. Ceci, grâce à la propriété qu’ont ces systèmes radiométriques
micro-onde ou millimétriques de former des images de jour comme de nuit
et ce, dans toutes les conditions atmosphériques, incluant la pluie, la neige, le
brouillard, les nuages, la fumée et les tempêtes de sable, puisque le rayonnement
électromagnétique, à l’inverse du rayonnement optique, est peu sensible à
ces phénomènes.
Un autre axe de recherche porte sur le développement d’outils de modélisation,
d’analyse et de conception de composants micro-ondes et millimétriques destinés
à des systèmes complexes, comme les systèmes d’imagerie micro-onde passive.
Publications choisies
• “Design and Analysis of Microstrip-Line-Coupled NRD Guide Filter Based
on Integral Equation Techniques”, D. Li, F. Boone et K. Wu
International Journal of RF and Microwave Computer
–Aided Engineering (In press 2008).
• “Iterative Design Techniques for All-Pole Dual-Bandpass Filters”,
D. Deslandes et F. Boone,
Microwave and Wireless Components Letters,
IEEE 17.11, 775–777 (2007).
• “An Electric Field Integral Equation Approach for Accurate Modeling of
Transmission Loss Properties and Leakage Phenomena in NRD–Guide of
Arbitrary Cross Section”. D. Li, F. Boone et K. Wu,
International Journal of RF and Microwave Computer
–Aided Engineering 17.3, 360–366 (2007).
• “Design and calibration of a large open-ended coaxial probe for the
measurement of the dielectric properties of concrete”, F. Boone,
IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques
(submitted).
• “Mode conversion and design consideration of integrated nonradiative
dielectric (NRD) components and discontinuities”, F. Boone et K. Wu,
IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 48.4,
482 (2000).
Affiliation professionnelle
IEEE Microwave Theory and techniques society
Mots-clefs
Circuits micro-ondes et millimétrique, caractérisation par micro-ondes
Recherche
Nous nous spécialisons dans la description théorique des divers états de la
matière dans les systèmes fortement corrélés à dimensionnalité réduite, en
particulier, les conducteurs et supraconducteurs organiques. Nos études couvrent
le vaste domaine des liquides dits quantiques qui caractérisent la physique des
systèmes à N-corps unidimensionnels comme le liquide de Luttinger et l’isolant
de Mott, et de leur transformation complexe vers des états ordonnés de la
physique tridimensionnelle. Nous nous intéressons particulièrement à l’origine
de certaines phases exotiques telle la supraconductivité organique et à son lien
étroit avec le magnétisme et, plus généralement, avec les phases modulées
électronique ou structurale. Nous accordons également une attention particulière
au développement et au raffinement de méthodes de la physique statistique
quantique comme le groupe de renormalisation qui permet de décrire de manière
contrôlée, voire prédire, l’existence de nouveaux états quantiques dans les
systèmes fortement corrélés à dimensionnalité réduite.
Publications choisies
• “Role of Interchain Hopping in the Magnetic Susceptibility of
Quasi-One-Dimensional Electron Systems”,
Y. Fuseya, M. Tsuchiizu, Y. Suzumura et C. Bourbonnais,
J. Phys. Soc. Jpn. 76, 014609 (2007).
• “Effect of interchain frustration in quasi-one-dimensional conductors at
half-filling”, M. Tsuchiizu, Y. Fuseya, Y. Suzumura et C. Bourbonnais,
Journ. of Low Temp. Phys. 142, 651 (2006).
• “Superconducting pairing and density-wave instabilities in quasi-one-dimensional
conductors”, J. C. Nickel, R. Duprat, C. Bourbonnais et N. Dupuis,
Phys. Rev. B 73, 165126 (2006).
• “Superconductivity and antiferromagnetsim in quasi-one-dimensional organic
conductors”, N. Dupuis, C. Bourbonnais et J. C. Nickel,
Fizika Nizkikh Temperatur 32, 505 (2006);
Low Temperature Physics 32, 380 (2006).
• “Effect of interchain quasi-one-dimensional conductors at half-filling”,
M. Tsuchiizu, Y. Suzumura et C. Bourbonnais,
Proc. of the international conference of highly frustrated magnetism,
Osaka, August, 2006. J. Phys.: Condens. Matter 19, 145228 (2007).
Prix et distinctions
2005, 2000, 1991 : Professeur invité, Laboratoire de Physique des Solides d’Orsay,
France
2004 : Professeur invité, Département de physique, Université de Nagoya, Japon
1987 : Chercheur associé C.N.R.S, Laboratoire de Physique des Solides d’Orsay,
France
1987 : Chercheur associé CRSNG
1985 : Boursier postdoctoral CRSNG
Affiliation professionnelle
American Physical Society
Nom : Claude Bourbonnais
Affiliations : Professeur, Département de physique,
Université de Sherbrooke; Membre du programme
de recherche sur les matériaux quantiques, Institut
Canadien de Recherches Avancées (ICRA)
Diplôme : Ph.D. Physique, 1985,
Université de Sherbrooke, Canada
Courriel : cbourbon@physique.usherbrooke.ca
Web : www.usherbrooke.ca/physique
Mots-clefs
Conducteurs et supraconducteurs organiques, états collectifs de la matière,
transitions de phase, groupe de renormalisation

caron l. charlebois s.
Nom : Laurent Caron
Affiliation : Professeur émérite, Département
de physique, Université de Sherbrooke
Diplôme : Ph.D. Physique du solide, 1968,
Massachusetts Institute of Technology, USA
Courriel : laurent-g.caron@usherbrooke.ca
Web : www.physique.usherbrooke.ca/~caron
Recherche
Nous avons développé un formalisme pour décrire les collisions multiples
d’électrons de faible énergie. Ce modèle utilise une matrice de diffusion, générée
par exemple par un calcul de matrice-R, et la corrige pour les effets de proximité.
Cette technique a été utilisée pour décrire la dispersion des électrons de l’ADN et
est maintenant appliquée à la caractérisation de la glace cristalline ainsi que des
dimères de molécules d’eau.
Publications choisies
• “Diffraction in Resonant Electron Scattering from Helical Macromolecules:
A and B type DNA”, L. G. Caron et L. Sanche,
Phys. Rev. A 70, 032719 (2004).
• “Diffraction in resonant electron scattering from helical macromolecules:
effects of the DNA backbone”, L. G. Caron et L. Sanche,
Phys. Rev. A 72, 032726 (2005).
• “Low-energy electron collisions with tetrahydrofuran”,
D. Bouchiha, J. D. Gorfinkiel, L. G. Caron et L. Sanche,
Jour. Phys. B : At. Mol. Opt. Phys. 39, 975 (2006).
• “Temporary electron localization and scattering in disordered single strands
of DNA”, L. Caron et L. Sanche,
Phys. Rev. A 73, 062707 (2006).
• “Low-energy electron collisions with methanol”,
D. Bouchiha, J. D. Gorfinkiel, L. G. Caron et L. Sanche,
Jour. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 20, 1259 (2007).
Mots-clefs
Diffusion d’électrons, molécules biologiques, bases, ADN, matrice-R
Nom : Serge Charlebois
Affiliation : Professeur adjoint, Département de génie
électrique et de génie informatique; Membre, Centre
de recherche en nanofabrication et en nanocaractérisation
(CRN 2 ) et Centre d’excellence en génie
de l’information (CEGI), Université de Sherbrooke
Diplôme : Ph.D. Physique, 2002,
Université de Sherbrooke, Canada
Courriel : serge.charlebois@usherbrooke.ca
Web : www.usherbrooke.ca/gelecinfo/
personnel/profs/charlebois.html
Recherche
Nous développons de nouvelles stratégies et techniques pour concevoir des
dispositifs hybrides supraconducteur-semiconducteur destinés à la fabrication de
capteurs de sensibilité et flexibilité supérieures. Nous disposons d’un laboratoire
complet permettant la nanofabrication de dispositifs d’oxydes supraconducteurs
(jonctions et SQUIDS) et autres oxydes complexes (ferroélectriques, ferromagnétiques,
manganites, oxydes multicouches, etc.)
Nos projets actuels incluent :
• L’étude de diodes autocommutantes et transistors de Si; de nouveaux types
de dispositifs que nous concevons, fabriquons (DC et RF) et caractérisons. La
simplicité de leur fabrication permet d’envisager une grande variété d’applications
dans des dispositifs hybrides semiconducteur-sur-supraconducteur.
• La fabrication et l’étude de métamatériaux RF synthétiques dans les matériaux
conventionnels ou dans des supraconducteurs.
Ce travail est orienté sur l’utilisation des propriétés uniques de nouveaux matériaux
pour des applications en ingénierie, principalement dans l’instrumentation
scientifique.
Publications choisies
• “Electrical Characteristics and Simulation of Self-Switching-Diodes
in SOI Technology”, G. Farhi, E. Saracco, J. Beerens, D. Morris,
S.A. Charlebois et J.P. Raskin,
Solid-State Electronics 51, 1245 (2007).
• “Terahertz emission properties of arsenic and oxygen ion-implanted GaAs
based photoconductive pulsed sources”, B. Salem, D. Morris, Y. Salissou,
V. Aimez, S. Charlebois, M. Chicoine et F. Schiettekatte,
Journal of Vacuum Science & Technology A (Vacuum, Surfaces,
and Films) 24, 774 (2006).
• “Silent Phase Qubit Based on d-Wave Josephson Junctions”,
M.H.S. Amin, A.Yu. Smirnov, A.M. Zagoskin, T. Lindström, S.A. Charlebois,
T. Claeson et A.Ya. Tzalenchuk,
Physical Review B 71, 064516 (2005).
• “Josephson dynamics of bicrystal d‐wave YBa 2Cu 3O 7-δ dc-SQUIDs”,
T. Lindstrom, J. Johansson, T. Bauch, E. Stepantsov, F. Lombardi
et S.A. Charlebois,
Physical Review B 74, 014503 (2006).
• “Dynamical effects of an unconventional current-phase relation in YBCO
dc SQUIDs”, T. Lindstrom, S.A. Charlebois, A.Ya. Tzalenchuk, Z. Ivanov,
M.H.S. Amin et A.M. Zagoskin,
Physical Review Letters 90, 117002 (2003).
Mots-clefs
Dispositifs semiconducteurs, dispositifs supraconducteurs, hautes fréquences,
matériaux ferroélectriques et ferromagnétiques, métamateriaux
19 | RQMP | membRES

20 | RQMP | membRES
clerk a.
Recherche
Nom : Aashish Clerk
Affiliations : Professeur adjoint, Département de
physique, Université McGill; Chaire de recherche du
Canada en physique mésoscopique théorique; Alfred
P. Sloan Research Fellow, Alfred P. Sloan Foundation;
Membre, Programme de recherche en nanoélectronique,
Institut canadien de recherches avancées (ICRA)
et Institut transdisciplinaire d’informatique quantique
(INTRIQ) Diplôme : Ph.D. Physique, 2001,
Cornell University, USA
Courriel : clerk@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~clerk/
Nous faisons l’étude théorique de systèmes électroniques mésoscopiques,
c’est-à-dire des systèmes électroniques dont la taille est de l’ordre du micron ou
du nanomètre, et où les effets quantiques mécaniques jouent un rôle significatif.
Nous développons des approches théoriques qui nous permettent de mieux
comprendre les relations et interactions complexes qui existent entre le désordre,
les relations interparticules et les effets quantiques à l’intérieur de ces systèmes.
Nous entretenons, pour certains projets, des collaborations avec des groupes de
recherche expérimentale, au Québec et à l’extérieur.
Les questions de mesures quantiques dans les systèmes électroniques mésoscopiques
nous intéressent et en particulier, la conception de détecteurs et d’amplificateurs
fonctionnant aux limites permises par les lois de la mécanique quantique.
La compréhension du fonctionnement de tels systèmes est essentielle si nous
désirons éventuellement tirer profit de la cohérence quantique de systèmes
mésoscopiques (c.-à-d. ordinateur quantique).
Nous nous intéressons également aux systèmes mésoscopiques dotés d’un degré
de liberté mécanique. Ces systèmes nano-électromécaniques sont excellents pour
tester et explorer les propriétés complexes de la physique quantique dissipative
qui surviennent lorsque les degrés de liberté électroniques sont fortement couplés
aux degrés de liberté vibrationnelle. De tels couplages jouent un rôle significatif
dans une variété de dispositifs nanoélectroniques.
Publications choisies
• “Using a qubit to measure photon-number statistics of a driven thermal
oscillator”, A. A. Clerk et D. Wahyu Utami,
Phys. Rev. A 75, 042303 (2007).
• “Laser-like instabilities in quantum nano-electromechanical systems”,
S. D. Bennett et A. A. Clerk,
Phys. Rev. B. (Rapid Communcation) 74, 201301 (2006).
• “Cooling a nanomechanical resonator with quantum back-action”, A. Naik,
O. Buu, M. D. LaHaye, A. D. Armour, A. A. Clerk, M. P. Blencowe et K. C. Schwab,
Nature (London) 443, 193 (2006).
• “Back-action Noise in Strongly Interacting Systems: the dc SQUID and the
Interacting Quantum Point-contact”, A. A. Clerk,
Phys. Rev. Lett. 96, 056801 (2006).
• “Quantum Nano-electromechanics with Electrons, Quasiparticles and Cooper
pairs: Effective Bath Descriptions and Strong Feedback Effects”,
A. A. Clerk et S. Bennett
New J. Phys. 7, 238 (2005)
Prix et distinctions
2007 : Alfred P. Sloan Foundation Research Fellowship
2005 : Membre, Institut canadien de recherches avancées (ICRA)
2003 : Chaire de recherche du Canada en physique mésoscopique théorique
(Niveau II)
2001 : Corson Fellowship, Cornell Center for Materials Research
1997 : Olin Fellowship, Cornell University
1997 : Clark Distinguished Teaching Award, Cornell University
Affiliations professionnelles
Association canadiennes des physiciens (ACP)
American Physical Society (APS)
Mots-clefs
Physique mésoscopiques, bruit quantique, dispositifs à un seul électron,
systèmes nano-électromécaniques
cochrane r.w.
Recherche
Nous nous intéressons aux états magnétiques des matériaux, métaux et alliages
purs, cristaux isolants et semiconducteurs, que nous analysons par mesures de
magnétisation et de phénomènes de transport électronique.
Les semiconducteurs magnétiques dilués sont présentement l’objet de recherches
intenses vu leur utilisation comme support pour le contrôle magnétique de
l’information électronique. Au cours des années 70, des collaborations avec John
Ström-Olsen et Mike Plischke de McGill, ont mené à la découverte du ferromagnétisme
dans le GeTe/SnTe dopé au Mn, et de son explication dans le couplage
RKKY avec les porteurs libres. Présentement, en collaboration avec Gigel Bucsa,
candidat au PhD, et Sjoerd Roorda, nous recherchons, par implantation de
Mn dans l’InP, un état magnétique semblable dans ce semiconducteur
d’importance industrielle.
En collaboration avec Arthur Yelon et David Ménard de l’École polytechnique,
nous étudions le comportement de réseaux de nanofils magnétiques, notamment
les alliages de fils amorphes ultra-mous, formés par électrodéposition sur des
substrats d’alumine ou de polymères. Cette recherche est motivée par leurs
applications potentielles dans des dispositifs à haute fréquence. L’analyse des
propriétés magnétiques macroscopiques, en particulier par la technique de FORC
récemment développée, a mené à une compréhension approfondie autant du
comportement des réseaux que des propriétés de nanofils individuels.
Publications choisies
• “Statistical study of effective anisotropy field in ordered ferromagnetic
nanowire arrays”, S. Zhao, L. Clime, K. Chan, F. Normandin, H. Roberge, A. Yelon,
R.W.Cochrane et T. Veres,
J. Nanoscience and Nanotechnology 7, 381 (2007).
• “First-order reversal curves diagrams of ferromagnetic soft nanowire arrays”,
F. Béron, L. Clime, M. Ciureanu, D. Ménard, R.W. Cochrane et A. Yelon,
IEEE Trans Mag. 42, 3060 (2006).
• “The role of non-collinear spins on the magnetic properties of uncoupled nanometer-size
particles”, F. Zavaliche, F. Bensebaa, P. L’Ecuyer, T. Veres
et R.W. Cochrane,
J. Magn. Magn. Mater. 285, 204 (2005).
• “Ion-beam irradiation of Co/Cu nanostructures: Effects on giant
magnetoresistance and magnetic properties”, M. Cai, T. Veres, F. Schiettekatte,
S. Roorda et R.W. Cochrane,
J. Appl. Phys. 95, 2006 (2004).
• “Structural evolution of Co/Cu nanostructures under 1 MeV ion-beam
irradiation”, M. Cai, T. Veres, S. Roorda, F. Schiettekatte et R.W. Cochrane,
J. Appl. Phys. 95, 1996 (2004).
Prix et distinctions
2007 : Prix Reconnaissance Nano2007; NanoQuébec
Affiliation professionnelle
Association canadienne des physiciens
Nom : Robert Cochrane
Affiliation : Professeur associé, Département
de physique, Université de Montréal
Diplôme : Ph.D. Physique, 1969,
Université de Toronto, Canada
Courriel : robert.william.cochrane@umontreal.ca
Mots-clefs
Magnétisme, matériaux magnétiques, magnétométrie, propriétés de transport

côté m. côté r.
Nom : Michel Côté
Affiliations : Professeur, Département de physique,
Université de Montréal; Co-directeur du Réseau
québécois de calcul de haute performance (RQCHP);
Membre du Comité de consultation du Projet Abinit;
Membre associé du Collège des Sciences,
Université Concordia
Diplôme : Ph.D. Physique, 1998,
University of California at Berkeley, USA
Courriel : michel.cote@umontreal.ca
Web : www.phys.umontreal.ca/~michel_cote
Recherche
Le groupe Côté poursuit ses activités de recherche dans la simulation des
propriétés des matériaux par des méthodes ab initio comme la théorie de la
fonctionnelle de la densité. Il s’agit d’un outil idéal pour décrire précisément les
propriétés des nouveaux matériaux ou pour concevoir des matériaux comportant
des propriétés prédéfinies. Cette méthode permet en effet de caractériser de
nouvelles structures, d’en prédire les propriétés et même d’en recommander des
modifications afin d’en façonner certaines caractéristiques.
Nos intérêts vont des semiconducteurs aux matériaux organiques : les
fullerènes de C60, les nanotubes de carbone, les polymères organiques et le
GaAsN en sont quelques exemples. Deux projets récents sont : 1) la conception
d’un nouveau matériau où des fullerènes de C60 sont insérés à l’intérieur d’un
réseau métallo-organique afin d’ajuster les propriétés électroniques pour qu’elles
soient favorables à la supraconductivité et 2) la conception de polymères à bande
interdite étroite, destinés à améliorer l’efficacité de dispositifs photovoltaïques
organiques.
Ces activités de recherche nécessitent un renouvellement constant de
nos méthodes de modélisation. Nous nous impliquons activement dans le
développement d’outils de calculs encore plus performants, notamment par notre
participation au projet Abinit, un consortium international qui développe et assure
la libre circulation de codes sans cesse améliorés pour décrire les propriétés
électroniques des matériaux.
Publications choisies
• “Experimental and theoretical studies of the E+ optical transition in GaAsN
alloys”, V. Timoshevskii, M. Côté, G. Gilbert, R. Leonelli, S. Turcotte,
J.-N. Beaudry, P. Desjardins, S. Larouche, L. Martinu et R. A. Masut,
Phys. Rev. B 74, 165120 (2006).
• “Fullerene in a metal-organic matrix: Design of the electronic structure”,
S. Hamel, V. Timoshevskii et M. Côté,
Phys. Rev. Lett. 95, 146403 (2005).
• “Theory of Tunnel Ionization in Complex Systems”, T. Brabec, M. Côté,
P. Boulanger et R. Lora,
Phys. Rev. Lett. 95, 073001 (2005).
• “Structural relaxations in electronically excited poly(\emph{para}-phenylene)”,
E. Artacho, M. Rohlfing, M. Côté, P. D. Haynes, R. J. Needs et C. Molteni,
Phys. Rev. Lett. 93, 116401 (2004).
• “Electronic, Structural, and Optical Properties of Conjugated Polymers Based
on Carbazole, Fluorene, and Borafluorene”, J.-F. Brière et M. Côté,
J. Phys. Chem. B 108, 3123 (2004).
Prix et distinctions
2002 : Mérite honorifique; Cégep Sorel-Tracy
2001 : Programme stratégique de professeurs-chercheurs; FQRNT
1995 : Outstanding Graduate Student Instructor Award; UC Berkeley
1993 : Bourse centenaire 1967; CRSNG
1993 : Science College Medal; Université Concordia
1993 : The Harry & Grace Colle Scholarships; Université Concordia
1992 : Upreti Award and Medal; Université Concordia
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens
American Physics Society
American Association for the Advancement of Science
Mots-clefs
Structure électronique, calcul ab initio, électronique organique, supraconductivité,
semiconducteurs
Recherche
Lorsqu’un gaz d’électrons est confiné, à très basse température, dans l’état
de plus basse énergie d’un puits quantique, il se comporte comme s’il était
bidimensionnel. La réduction de dimensionnalité renforce le rôle des interactions
coulombiennes entre les électrons. Lorsqu’un champ magnétique est ajouté
perpendiculairement au plan du gaz d’électrons bidimensionnel (GE2D), l’énergie
des électrons est alors quantifiée en niveaux de Landau. Selon le remplissage
de ces niveaux, une grande variété d’états électroniques sont observés
expérimentalement. Les états les plus étudiés sont sans aucun doute les liquides
de Laughlin observés lorsqu’un nombre entier de niveaux de Landau (ou certaines
fractions de remplissage) est occupé. Ces liquides sont des états électroniques
collectifs donnant lieu à l’effet Hall quantique dans lequel la résistance de Hall
est très exactement quantifiée. Mes sujets de recherche portent sur l’étude de
ces états collectifs qui existent autour des remplissages unité : cristal de Wigner,
cristal de Skyrmions, phases en bulles ou en rayures. Dans mon groupe, nous
étudions aussi des états similaires observés dans d’autres microstructures
comme un double puits quantique ou une simple couche atomique de graphite.
Nous calculons l’énergie de ces phases ainsi que leurs excitations collectives
et leurs signatures expérimentales. Nous tentons de comprendre comment
le confinement quantique, les interactions coulombiennes et les fluctuations
quantiques conspirent pour donner à ces états collectifs leurs propriétés de
transports bien particulières.
Publications choisies
• “Quantum depinning transition of quantum Hall stripes”,
M.-R. Li, H. A. Fertig, R. Côté et Hangmo Yi,
Phys. Rev. Lett. 92, 186804 (2004).
• “Pseudospin vortex-antivortex states with interwoven spin textures in
double-layer quantum Hall systems”, H.A. Fertig, K. Mullen, J. Bourassa,
B. Roostaei et R. Côté,
Phys. Rev. B 74, 195230 (2006).
• “Collective excitations, fluctuations and phase transitions in Skyrme crystal”,
R. Côté, A.H. MacDonald, L. Brey, H.A. Fertig, S.M. Girvin et H.T.C. Stooff,
Phys. Rev. Lett. 78, 4825 (1997).
• “Solitonic excitations in linearly coherent channels of bilayer quantum
Hall stripes”, C. B. Doiron, R. Côté et H. A. Fertig,
Phys. Rev. B 72, 115336 (2005).
• “Skyrme crystal in a two-dimensional electron gas”, L. Brey, H.A. Fertig,
R. Côté et A.H. MacDonald,
Phys. Rev. Lett. 75, 2562 (1995).
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens
American Physics Society
Nom : René Côté
Affiliations : Professeur, département de physique;
Responsable des études supérieures en physique,
Université de Sherbrooke
Diplôme : Ph.D. Physique, 1988,
Université de Toronto, Canada
Courriel : rene.cote@usherbrooke.ca
Web : www.physique.usherbrooke.ca/~rcote/
Mots-clefs
Gaz d’électrons bidimensionnel, microstructures quantiques,
effets Hall quantiques, cristal de Wigner, skyrmions, graphène
21 | RQMP | membRES

desjardins p. drouin d.
22 | RQMP | membRES
Nom : Patrick Desjardins Affiliations : Professeur,
Département de génie physique, École Polytechnique de
Montréal; Chaire de recherche du Canada en matériaux
avancés pour la microélectronique et l’optoélectronique;
Président, Comité des affaires scientifiques,
NanoQuébec; Éditeur associé, Thin Solid Films
Diplôme : Ph.D. Génie physique, 1996,
École Polytechnique de Montréal, Canada
Courriel : patrick.desjardins@polymtl.ca
Web : http://desjardins.phys.polymtl.ca
Recherche
Notre groupe effectue des travaux de recherche fondamentale et appliquée
portant sur des matériaux de pointe, pour des applications de haute technologie,
notamment en microélectronique et en optoélectronique. Notre principal objectif
est de développer une solide compréhension des interactions atome/surface lors
de la croissance cristalline dans des conditions fortement hors équilibre, afin
de contrôler la microstructure et la microchimie des couches minces à l’échelle
atomique. Notre programme de recherche est basé sur des études complémentaires
de croissance épitaxiale, de caractérisation des propriétés physiques, de
fabrication de dispositifs et de modélisation. Les résultats de ces travaux sont à la
base de développement de nouveaux procédés de synthèse et de traitement des
couches minces.
Plus particulièrement, nos sujets de recherche actuels incluent : la croissance
épitaxiale d’hétérostructures avancées d’alliages de semiconducteurs III-V pour
la microélectronique et l’optoélectronique, la microstructure et la morphologie
de surface des couches hétéroépitaxiales sous contraintes, la synthèse de boîtes
quantiques auto-assemblées et leur intégration dans des dispositifs optoélectroniques
et les réactions interfaciales lors du traitement de multicouches métalliques
et semiconductrices.
Publications choisies
• “Drastic ion-implantation-induced intermixing during annealing of
self-assembled InAs/InP(001) quantum dots”, C. Dion, P. Desjardins,
S. Raymond, P.J. Poole, F. Schiettekatte et M. Chicoine,
Nanotechnol. 18, 015404 (2007).
• “Nitrogen incorporation and lattice constant of strained dilute GaAsN layers
on GaAs (001): An ab initio study”, N. Shtinkov, P. Desjardins,
R.A. Masut et M. Côté,
Phys. Rev. B 74, 35211 (2006).
• “Carbon nanotube sheets as electrodes in organic light emitting diodes”,
C.M. Aguirre, S. Auvray, S. Pigeon, R. Izquierdo, P. Desjardins et R. Martel,
Appl. Phys. Lett. 88, 183104 (2006).
• “Reaction of thin Ni films with Ge: Phase formation and texture”,
S. Gaudet, C. Detavernier, C. Lavoie et P. Desjardins,
J. Appl. Phys. 100, 34306 (2006).
• “Dynamics of ion bombardment-induced modifications of Si (001) at the radiofrequency-biased
electrode in low-pressure oxygen plasmas:
In Situ spectroscopic ellipsometry and Monte-Carlo study”,
A. Amassian, M. Svec, P. Desjardins et L. Martinu,
J. Appl. Phys. 100, 063526 (2006).
Prix et distinctions
2000 : Chaire de recherche du Canada en matériaux avancés pour la
microélectronique et l’optoélectronique (Niveau II)
Affiliations professionnelles
Ordre des ingénieurs du Québec
American Vacuum Society (AVS)
Materials Research Society (MRS)
Microscopy Society of America
Mots-clefs
Physique des couches minces, physique des surfaces et interfaces,
caractérisation microstructurale et microchimique, matériaux pour
l’électronique et l’optoélectronique
Recherche
Nous nous intéressons principalement au développement de capteurs et
de dispositifs à base de semiconducteurs, synthétisés par des techniques
innovatrices de lithographie par faisceaux d’ions ou d’électrons. Parmi les
développements actuels, des dispositifs à base de nanocristaux de silicium ou
de points quantiques visent des applications comme des transistors à un seul
électron, des photodétecteurs hypersensibles et des mémoires à un seul électron.
Le second volet de notre programme de recherche est l’analyse de dispositifs à
base de semiconducteurs et de nanostructures par des techniques avancées de
microscopie par balayage électronique. Ce type d’analyse fait appel à plusieurs
techniques comme la microscopie électronique à balayage (pour créer une
image par contraste de tension), à la micro-analyse par rayons X (EDX), à la
cathodoluminescence (CL), au courant induit par faisceau d’électrons et à des
microscopes à pression variable, pour créer une image à contraste de charges.
Les structures présentement à l’étude incluent notamment des dispositifs à
base de points quantiques (InAs/InP et InAs/GaAs) et de GaN. Enfin, utilisant des
techniques de modélisation par microscopie électronique, nous développons de
nouveaux outils de caractérisation destinés à des applications métrologiques pour
l’industrie des semiconducteurs.
Publications choisies
• “Single-electron transistors with wide operating temperature range”,
C. Dubuc, J. Beauvais et D. Drouin,
Appl. Phys. Lett. 90, 113104 (2007).
• “CASINO V2.42-A Fast and Easy-to-use Modeling Tool for Scanning Electron
Microscopy and Microanalysis Users”, D. Drouin, A.R. Couture, D. Joly,
X. Tastet, V. Aimez et R. Gauvin,
Scanning, 29, 92 (2007).
• “A damascene process to be used as a building block for nanoscale devices”,
C. Dubuc, J. Beauvais et D. Drouin,
IEEE Tran Nano, (Submitted).
• “Carrier recombination near threading dislocations in GaN epilayers by low
voltage cathodoluminescence”, N. Pauc, M. R. Phillips, V. Aimez et D. Drouin,
Appl. Phys. Lett. 89, 161905 (2006).
• “Carrier diffusion processes near threading dislocations in GaN and GaN:Si
characterized by low voltage cathodoluminescence”,
N. Pauc, M. R. Phillips, V. Aimez et D. Drouin,
Superlattices and Microstructures 40, 557 (2006).
Prix et distinctions
1997 : Médaille du mérite des gouverneurs de la Faculté,
Université de Sherbrooke
1995 à 1997 : MAS Distinguished Student Award at Microscopy
and Microanalysis (3 années consécutives)
1996 : Castaing Award for Best Student Paper at Microscopy and Microanalysis
1996 : Bourse mérite de l’Université de Sherbrooke
1993 : American Society for Metals Student Award
1994 : Best Student Poster Award at Scanning
1994 : Bourse d’excellence de l’Ordre des Ingénieurs du Québec
Affiliations professionnelles
Ordre des Ingénieurs du Québec
Microbeam Analysis Society
Microscopy Society of Canada
Nom : Dominique Drouin
Affiliations : Professeur, Département de génie
électrique et génie informatique; Co-directeur,
Centre d’excellence en génie de l’information (CEGI);
Membre, Centre de recherche en nanofabrication
et en nanocaractérisation (CRN 2 ), Université de
Sherbrooke Diplôme : Ph.D. Génie mécanique, 1998,
Université de Sherbrooke, Canada
Courriel : dominique.drouin@usherbrooke.ca
Web : www.gel.usherbrooke.ca/crn2/pages_
personnel/drouin/accueil.htm
Mots-clefs
Cathodoluminescence, lithographie par faisceau d’électrons, transistor à un
électron, dispositifs à points quantiques, microscopie par balayage électronique

dubÉ m.
Nom : Martin Dubé
Affiliation : Chercheur, Centre intégré en pâtes
et papiers (CIPP), Université du Québec
à Trois-Rivières
Diplôme : Ph.D. Physique, 1997,
University of British-Columbia, Canada
Courriel : martin.dube@cipp.ca
Web : www.uqtr.ca/~dubma
Recherche
Ma recherche porte sur la physique de la formation du papier et des procédés
d’impression, avec une attention particulière sur les nanotechnologies et le
développement de nouvelles fonctionnalités des fibres de papier.
Des approches numériques nous permettent de simuler l’écoulement et le dépôt
des fibres de papier et sont comparées aux résultats expérimentaux obtenus par
tomographie par rayons X, qui mesure la structure tridimensionnelle du papier
avec une précision de l’ordre de 0.7 µm. Nous étudions les effets de la modification
des fibres de cellulose, principales composantes du papier, soit par l’ajout
de polymères, ou encore par l’addition directe de groupements fonctionnels. Ces
deux aspects sont essentiels à l’amélioration des propriétés du papier actuel et au
développement de nouveaux papiers « intelligents ».
La compréhension des processus de pénétration et d’écoulement d’un liquide
(eau ou encre) à travers la structure poreuse du papier est particulièrement
importante pour l’industrie, tant pour les processus de fabrication du papier
(phases de mise en forme, pressage et séchage) que pour ceux de l’impression
(conventionnelle ou digitale à jet d’encre). Le défi de l’industrie est de réconcilier
les propriétés macroscopiques de l’écoulement de l’encre avec les dimensions
réduites de la structure du papier (environ 10 nm) et une échelle de temps
compatible aux procédés industriels (seulement quelques millisecondes).
Publications choisies
• “Fluctuations in fluid invasion into disordered media”, M. Rost, L. Laurson,
M. Dubé et M.J. Alava,
Phys. Rev. Lett. 98, 054502 (2007).
• “Front Roughening in Three-Dimensional Imbibition”, M. Dubé, C. Daneault,
V. Vuorinen, M. Alava et M. Rost,
Eur. Phys. J. B 56, 15-26 (2007).
• “Effect of Paper Properties on Print Quality”, M. Péralba, M. Dubé,
L. Cormier et P.J. Mangin,
59 th Technical Association of the Graphic Arts Conference,
Pittsburgh (2007).
• “Front Instability in Drying of Paper Coating”, M. Dubé et C. Daneault,
Nordic Pulp Pap. Res. J. 21, 676 (2006).
• “Hydrodynamics of Ink Transfer”, M. Dubé, F. Drolet, C. Daneault
et P.J. Mangin,
Tappi publications, International Printing and Graphic Arts Conference
(2006).
Prix et distinctions
2005 : Prix John S. Bates, Pulp and Paper Technical Association of Canada
Affiliations professionnelles
Pulp and Paper Technical Association of Canada
Secrétaire, Printing and Graphic Arts committee of PAPTAC
Mots-clefs
Structure désordonnée, microfluidique, revêtements, impression, surfaces
dubowski j.j.
Recherche
Nous nous intéressons aux interfaces entre les matériaux organiques et
biologiques et les semiconducteurs, que nous considérons autant des points de
vue fondamental qu’appliqué. Notre intérêt est motivé par le besoin de stabiliser
les propriétés électriques et optiques de nanostructures semiconductrices
en vue de les intégrer de façon commercialement viable dans des dispositifs
nanophotoniques et microélectroniques. Nous nous intéressons également aux
interfaces inorganique-organique utilisées pour moduler les signaux optiques
issus des semiconducteurs quantiques, ceux-ci étant éventuellement utilisés pour
contrôler l’immobilisation de quantités infimes de matériel biologique, tels les
virus ou bactéries. La formation de telles surfaces requiert l’attachement de
« bio-liens » sur les surfaces semiconductrices, un procédé encore peu développé.
Des calculs théoriques nous permettent de décrire les processus fondamentaux
qui régissent la formation de monocouches auto-assemblées (SAM)
d’alcanethiols sur des surfaces de semiconducteurs; une voie prometteuse
pour le développement d’une technologie de « bio-liens ».
Dans un autre domaine de recherche, nous développons des méthodes de
réglage sélectif par laser de la lumière émise par des régions de gaufres à
puits quantiques et points quantiques. Il est en effet nécessaire d’améliorer la
précision donnée par les méthodes courantes d’épitaxie de couches minces afin
d’introduire des nanodispositifs viables sur le marché des nanotechnologies.
Publications choisies
• “Structure, bonding nature and binding energy of alkanethiolate on As-rich
GaAs (001) surface: a density functional theory study”,
O. Voznyy et J.J. Dubowski, J.
Phys. Chem. B 110, 23619 (2006).
• “Aging and detergent washing effects of the surface of (001) and (110)
GaAs passivated with hexadecanethiol”, K. Moumanis, X. Ding,
J.J. Dubowski et E. Frost,
J. Appl. Phys. 100, 034702 (2006).
• “Immobilization of avidin on (001) GaAs”, X. Ding, K. Moumanis,
J.J. Dubowski, E. Frost et E. Escher,
Appl. Phys. A 83, 357 (2006).
• “FTIR and photoluminescence spectroscopy of self-assembled monolayers
of long-chain thiols on (001) GaAs”, X. Ding, K. Moumanis, J.J. Dubowski,
L. Tay et N.L. Rowell,
J. Appl. Phys. 99, 54701 (2006).
• “Multibandgap quantum well wafers by IR laser quantum well intermixing:
simulation of the lateral resolution of the process”,
O. Voznyy, R. Stanowski et J.J. Dubowski,
J. Laser Micro/Nanoengineering 1, 48 (2006).
Prix et distinctions
2003 : Chaire de recherche du Canada en semiconducteurs quantiques (Niveau I)
1998 : Fellow, SPIE; The International Society for Optical Engineering, USA
1997 : Professeur-invité; Université d’Osaka, Japon
1982 : Bourse de recherche postdoctorale; Conseil national de recherche
du Canada
1979 : The Minister of Higher Education Award; Technical University of Wroclaw,
Pologne
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physics Society (APS)
Nom : Jan J. Dubowski Affiliations : Professeur, Département
de génie électrique et de génie informatique; Chaire
de recherche du Canada en semiconducteurs quantiques;
Membre, Centre de recherche en nanofabrication et en
nanocaractérisation (CRN 2 ) et Centre d’excellence en génie
de l’information (CEGI), Université de Sherbrooke; Membre,
Réseau québécois de calcul de haute performance
(RQCHP) et Plasma Québec Diplôme : Ph.D. Physique des
semiconducteurs, 1978, Wroclaw University of Technology,
Pologne Courriel : jan.j.dubowski@usherbrooke.ca
Web : www.gel.usherbrooke.ca/crn2/pages_
personnel/dubowski/accueil_en.htm
Mots-clefs
Semiconducteurs, surfaces et interfaces, interactions laser-matière,
nanophotonique, biocapteurs
23 | RQMP | membRES

fournier p. francoeur s.
Nom : Patrick Fournier
Affilations : Professeur, Département de physique,
Université de Sherbrooke; Membre, Programme de
recherche sur les matériaux quantiques de l’Institut
canadien de recherches avancées (ICRA)
Diplôme : Ph.D. Physique, 1993,
Université de Sherbrooke, Canada
Courriel : patrick.fournier@usherbrooke.ca
Web : www.physique.usherbrooke.ca/fournier
Nom : Sébastien Francoeur
Affiliation : Professeur, Département de
Génie Physique, École Polytechnique de Montréal
Diplôme : Ph.D. Physique et génie électrique, 2004,
University of Colorado at Boulder, USA
Courriel : sebastien.francoeur@polymtl.ca
24 | RQMP | membRES
Recherche
Le groupe de recherche du professeur Fournier explore les comportements
physiques de couches minces et composants à base d’oxydes de type perovskite.
Ces couches sont fabriquées par la technique d’ablation utilisant un laser excimer
pulsé et elles sont étudiées dans des conditions extrêmes tels les basses températures
(de 340 mK à 400 K) et des champs magnétiques très faibles (< 1 mOe)
ou très intenses (jusqu’à 16 T).
Les matériaux étudiés présentent en général des propriétés extraordinaires
résultant des fortes corrélations électroniques dans le volume de ceux-ci ou à
leurs interfaces. Ceux-ci incluent des supraconducteurs à haute température
critique, des manganites ferromagnétiques à magnétorésistance colossale, des
structures multiferroïques incluant les doubles perovskites de type A 2BB’O 6 ,…
Plusieurs composants à potentiel technologique ou encore, permettant de générer
éventuellement des nouveaux états de la matière sont aussi étudiés : les jonctions
Josephson, SQUIDs et antennes d’émission terahertz à base de monocouches
supraconductrices, des multicouches d’oxydes combinant différents paramètres
d’ordre comme la supraconductivité, le ferromagnétisme et la ferroélectricité,
des structures à injection de spins, des couches épitaxiales multi-phases…
Ces matériaux et les structures artificielles qui en découlent contribueront à la
prochaine génération de composants électroniques, en particulier pour les applications
dans le domaine des télécommunications, de la détection, de l’informatique
et de la médecine.
Publications choisies
• “Magnetodielectric effect in double perovskite La 2CoMnO 6 thin films”,
M.P. Singh, K.D. Truong et P. Fournier,
Appl. Phys. Lett. 91, 042504 (2007).
• “Evidence of bi-domain structure in double perovskite La2CoMnO6 thin films”,
M.P. Singh, S. Charpentier, K.D. Truong et P. Fournier,
Appl. Phys. Lett. 90, 211915 (2007).
• “Different roles of cerium substitution and oxygen reduction in transport in
Pr2-xCexCuO4-δ thin films”, J. Gauthier, S. Gagné, J. Renaud, M.-È. Gosselin,
P. Richard et P. Fournier,
Phys. Rev. B 75, 024424 (2007).
• “Optical determination of the superconducting energy gap in
electron-doped Pr 1.85Ce 0.15CuO 4”, C. C. Homes, R. P. S. M. Lobo, P. Fournier,
A. Zimmers et R. L. Greene,
Phys. Rev. B 74, 214515 (2006).
• “Observation of charge-ordering by Raman scattering in Nd 0.5Ca 0.5MnO 3
thin films”, S. Charpentier, M. Gill-Comeau, S. Jandl et P. Fournier,
J. Phys.: Condens. Matter. 18, 7193 (2006).
Prix et distinctions
2000 : Membre, Institut canadien de recherches avancées (ICRA)
1994 : Bourse post-doctorale du CRSNG; Stanford University
Affiliations professionnelles
Association Canadienne des physiciennes et des physiciens (ACP)
American Physical Society (APS)
Materials Research Society (MRS
Association canadienne-française pour l’avancement des sciences (ACFAS)
Mots-clefs
Couches minces, supraconductivité, magnétisme, multiferroïques, multicouches
Recherche
Nous utilisons la spectroscopie optique et les aspects fondamentaux de
l’interaction lumière-matière pour étudier les propriétés électroniques de
nouveaux matériaux, comprendre les effets produits par un confinement
multidimensionnel et adapter les structures quantiques aux applications
technologiques éventuelles. Nous nous spécialisons dans les techniques
de luminescence résolue dans le temps, de luminescence en excitation
sélective, de réflectance modulée et de spectroscopie Raman. Ces techniques
sont utilisées conjointement avec des perturbations externes telles que les
basses températures, champs électriques et magnétiques et hautes pressions
hydrostatiques ou uniaxiales dans une cellule de diamants. Récemment, nous
avons adapté ces techniques à la microscopie afin d’obtenir une très haute
résolution permettant d’étudier une seule nanostructure à la fois.
Présentement, nous nous intéressons aux points quantiques composés des
quelques impuretés isovalentes dans une matrice semiconductrice. Ce type de
nanostructure est très adapté à la réalisation, entre autres, d’une mémoire à un
seul électron ou d’une source de photons enchevêtrés. Les objectifs de ce projet
de recherche sont, outre l’avancement de nos connaissances sur la physique
du comportement électronique des boîtes quantiques de taille atomique, la
démonstration des avantages de ces nouvelles nanostructures par rapport à des
structures quantiques conventionnelles et, à plus long terme, le développement
de nouvelles approches pour conception de dispositifs à l’échelle atomique.
Publications choisies
• “Giant spin-orbit bowing in GaAsBi”, B. Fluegel, S. Francoeur,
A. Mascarenhas, S. Tixier, E. Young et T. Tiedje,
Phys. Rev. Lett. 97, 067205 (2006).
• “Physics of Isoelectronic dopants in GaAs”,
A. Mascarenhas, S. Francoeur et S. Yoon,
Chapter 6, pages 179–221, Elsevier (2005).
• “Optical spectroscopy of single impurity centers in semiconductors”,
S. Francoeur, J. Klem et A. Mascarenhas,
Phys. Rev. Lett. 93, 067403 (2004).
• “Origin of the nitrogen-induced optical transitions in GaAs1-xNx”,
S. Francoeur, M.-J. Seong, M. Hanna, J. Geisz et A. Mascarenhas,
Phys. Rev. B 68, 075207 (2003).
• “Two-dimensional array of self-assembled AlInAs quantum wires”,
S. Francoeur, A. Norman, A. Mascarenhas, E. Jones, J. Reno,
S. Lee et D. Follstaedt,
Appl. Phys. Lett. 81, 529 (2002).
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physics Society (APS)
Mots-clefs
Nanoscience, spectroscopie optique, électronique atomique, nanostructures

Gervais G. grant m.
Recherche
Nom : Guillaume Gervais
Affiliations : Professeur adjoint, Département de
physique, Université McGill; Membre, Programme
de recherche sur les matériaux quantiques et
programme de recherche en nanoélectronique,
Institut canadien de recherches avancées (ICRA) et
Institut transdisciplinaire d’informatique quantique
(INTRIQ) Diplôme : Ph.D. Physique, 2002,
Northwestern University, USA
Courriel : gervais@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~hedbergj/
labpage/home.htm
Les propriétés électroniques de structures de basses dimensions comme les électrons
« piégés » dans des puits quantiques (2D) ou circulant dans des fils quantiques
(1D) ont récemment suscité beaucoup d’intérêt, tant pour leurs aspects
fondamentaux que pour leurs applications potentielles. Le refroidissement de
la température de ces structures près du zéro absolu, provoque l’apparition de
nouvelles propriétés dues aux interactions entre électrons, du désordre et des
fluctuations. Les statistiques quantiques fractionnelles en 2D ainsi que la séparation
entre spin et charges (1D) sont des exemples de ces phénomènes étranges.
Expérimentalement, nous utilisons des substrats de GaAs/AlGaAs synthétisés par
épitaxie par faisceau moléculaire (MBE) provenant de la plus haute mobilité MBE
au monde (Lucent), ainsi que le matériel le plus propre connu dans la nature, 3 He
près de T=0. Dans notre laboratoire, nous développons et mettons en application
des outils comme la RMN détectée par résistivité avec « pas assez de spins »,
la microscopie par balayage, ainsi que de nouvelles techniques optiques. Nos
mesures sont prises à env. 8 mK et 16 T. À partir de semiconducteurs bruts, nous
concevons et fabriquons en salles blanches, des structures pour électrons ou des
nanotrous pour liquides quantiques. Dans notre groupe, la rencontre des outils de
nanotechnologie et du savoir-faire à basse température avec la physique quantique,
rend possible la recherche de nouvelles phases quantiques de la matière.
Publications choisies
• “Local Control of Light Polarization with Low-temperature Fiber Optics”,
A. H. Mack, J. Riordon, C.R. Dean, R. Talbot et G. Gervais,
Optics Letters 32, 1378 (2007).
• “Evidence for Skyrmion Crystallization from NMR Relaxation Experiments”,
G. Gervais, H.L. Stormer, D.C. Tsui, W.G. Moulton, P.L. Kuhns, A.P. Reyes,
K.W. Baldwin, K.W. West et L.N. Pfeiffer,
Phys. Rev. Lett. 94, 196803 (2005).
• “Competition between Fractional Quantum Hall Liquid, Bubble and Wigner
Crystal Phases in the Third Landau Level”, G. Gervais, L.W. Engel, K.W. Baldwin,
K.W. West, L.N. Pfeiffer, H.L. Stormer et D.C. Tsui,
Phys. Rev. Lett. 93, 266804 (2004).
• “A1 and A2 Transitions in Superfluid 3 He in 98% Porosity Aerogel”, H.C. Choi,
A.J. Gray, C.L. Vicente, J.S. Xia, G. Gervais, W.P. Halperin, N. Mulders et Y. Lee,
Phys. Rev. Lett. 93, 145302 (2004).
• “Specific Heat of Disordered Superfluid 3 He”, H. Choi, K. Yawata, T.M. Haard,
J.P. Davis, G. Gervais, N. Mulders, P. Sharma, J.A. Sauls et W. P. Halperin,
Phys. Rev. Lett. 93, 145301 (2004).
Nom : Martin Grant
Affiliations : Professeur James McGill,
Département de physique; Doyen, Faculté
des sciences, Université McGill
Diplôme : Ph.D. Physique, 1982,
Université deToronto, Canada
Courriel : martin.grant@mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~grant/
Recherche
Nous cherchons à comprendre et à prédire les propriétés de structures métastables
et hors équilibre. À titre d’exemple, les propriétés structurales et mécaniques
des matériaux (c.-à-d. leur fragilité, ou comment ils s’auto-assemblent) sont
déterminées par une série de procédés hors équilibre, donnant éventuellement
lieu à une structure complexe à l’échelle du micron ou du nanomètre. Des
applications utilisent cette structure complexe en ajustant de façon dynamique
la morphologie dans un but précis, par exemple, réduire les taux de défaillance
des matériaux sous l’effet du stress. Il en résulte non pas une phase à l’équilibre,
mais bien un matériau hors équilibre dont la microstructure a été modifiée. Ces
structures complexes comportent souvent une invariance d’échelle intrinsèque;
une longueur dominante gouverne l’évolution de la structure sur toutes les échelles.
Ainsi intervient une question fondamentale de la physique : quelle est l’origine
de telles structures, et comment peuvent-elles être caractérisées ? Nous étudions
ces systèmes, parmi d’autres, par des analyses non linéaires et des simulations
à large échelle. Pour mieux comprendre l’origine de structures complexes, nous
faisons aussi appel à des analogies et des concepts développées dans d’autres
contextes, en particulier ceux qui font appel à la théorie des transitions de phases.
Publications choisies
• “Phase-field crystal modeling and classical density functional theory
of freezing”, K. R. Elder, N. Provatas, J. Berry, P. Stefanovic et M. Grant,
Phys. Rev. B 75, 064107 (2007).
• “Dissipative phenomena and acoustic phonons in isothermal crystals:
A density-functional theory study”. S. Majaniemi et M. Grant,
Phys. Rev. B 75, 054301 (2007).
• “Rupture of an extended object: A many-body Kramers calculation”,
A. Sain, C. L. Dias et M. Grant,
Phys. Rev. E 74, 046111 (2006).
• “Designable structures are easy to unfold”, C. L. Dias et M. Grant,
Phys. Rev. E 74, 042902 (2006).
• “Diffusive Atomistic Dynamics of Edge Dislocations in Two Dimensions”,
J. Berry, K. R. Elder et M. Grant,
Phys. Rev. E 73, 031609 (2006).
Prix et distinctions
2004 : Fellow, Société royale du Canada
2002 : Chaire James McGill; Université McGill
1998 : Médaille Rutherford en physique; Société royale du Canada
Prix et distinctions
2005 : Alfred P. Sloan Fellow
2005 : Membre, Programme de nanoélectronique, Institut canadien pour la
recherche avancée (ICRA)
2004 : Membre, Programme sur les matériaux quantiques, Institut canadien
pour la recherche avancée (ICRA)
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physical Society (APS)
Association francophone pour le savoir (ACFAS)
Mots-clefs
Nanoscience, puits quantiques semiconducteurs, nanoélectronique,
nanofluidique, information quantique
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens
American Physics Society
Mots-clefs
Mécanique statistique hors équilibre, transitions de phase,
croissance de cristaux, systèmes ouverts, fluides complexes
25 | RQMP | membRES

grütter p. guenat o.
26 | RQMP | membRES
Recherche
Nom : Peter Grütter Affiliations : Professeur James McGill,
Dépt. de physique; Vice-doyen à la recherche et aux études
supérieures, Faculté des sciences; Directeur des études
supérieures en physique; Professeur-associé, Dépt. de
chimie, U. McGill; Directeur, Programme de recherche en
nanoélectronique, Institut canadien de recherche avancée
(ICRA); Directeur, Pleteforme NanoIP (CRSNG); Directeur,
RQMP; Membre, Centre de recherche sur le cerveau, le
comportement et la neuropsychiatrie (CRCN ), U. Laval
Diplôme : Ph.D. Physique, 1989, University of Basel,
Suisse Courriel : grutter@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/spm/
Nous développons et fabriquons nos propres instruments, principalement des microscopes
à force atomique, que nous utilisons pour résoudre des problèmes fondamentaux
dans les domaines de la technologie de l’information et de la biologie.
Repoussant les limites des instruments, nous fabriquons et utilisons des dispositifs
nous permettant de voir, manipuler et caractériser chaque atome d’une structure et
même dans certains cas, détecter individuellement électrons et photons. Ces outils
nous permettent d’étudier les relations fondamentales qui existent entre structure et
fonction à l’intérieur de nanodispositifs, dans le but de comprendre l’influence de la
structure atomique sur les propriétés désirables pour des applications technologiques.
Nous collaborons avec des chercheurs des sciences de la vie pour examiner in vivo
les propriétés viscoélastiques de neurones et cellules de muscle lisse, pour mieux
comprendre l’influence de la structure moléculaire sur les propriétés mécaniques et la
transmission de l’information dans les cellules. Nous étudions aussi le processus de
formation de jonction entre neurones et la contraction de cellules musculaires lisses
provoquées par de petites molécules (asthme).
En collaboration étroite avec des théoriciens, nous déduisons des modèles à partir des
données expérimentales recueillies : une compréhension approfondie de la nature des
relations structure-fonction dans ces systèmes, mènera à la conception de systèmes
aux propriétés nanoélectriques et nanomécaniques supérieures.
Publications choisies
• “Dendritic Spine Viscoelasticity and Soft-Glassy Nature: Balancing Dynamic
Remodeling with Structural Stability”, B.A. Smith, H. Roy, P. De Koninck,
P. Grütter et Y. De Koninck,
Biophys. J. 92, 1419 (2007).
• “Nanopits as Templates for Building a Molecular Device”, J. Mativetsky,
S. A. Burke, S. Fostner et P. Grütter,
Small 3, 818 (2007).
• “Templated Growth of 3,4,9,10-Perylenetetracarboxylic Dianhydride Molecules
on a Nanostructured Insulator”, J. Mativetsky, S. A. Burke, S. Fostner et P. Grütter,
Nanotechnology 18, 105303 (2007).
• “A differential microcantilever-based system for measuring surface stress
changes induced by electrochemical reactions”, V. Tabard-Cossa, M. Godin,
L.Y. Beaulieu et P. Grütter,
Sensors and Actuators B-Chemical 119, 352 (2006).
• “Plasticity, healing and shakedown in sharp-asperity nanoindentation”,
G.L.W. Cross, A. Schirmeisen, P. Grütter et U.T. Durig,
Nature Materials 5, 370 (2006).
Prix et distinctions
2006 : Chaire James McGill; Université McGill
2005 : Prix Carrie Derick pour excellence dans l’enseignement et la supervision;
Université McGill
2005 : Médaille Rutherford de physique; Société royale du Canada
2002 : Prix de jeune chercheur; Institut canadien de recherche avancée (ICRA)
2000 : Chaire William Dawson, Université McGill
2001 : Bourse Steacie; Conseil national de recherche du Canada
1991 : Treubel Fonds Habilitations Stipendium; University of Basel
1991 : Swiss National Science Foundation Post-Doc Fellowship; University of Basel
1989 : IBM World Trade Fellowship; IBM
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physics Society (APS)
Schweizerische Physikalische Gesellschaft
Deutsche Physikalische Gesellschaft
Mots-clefs
Nanoscience, microscopie par balayage, nanoélectronique, biophysique, capteurs
Nom : Olivier Guenat
Affiliations : Professeur adjoint, Département de génie
physique; Membre, Groupe de recherche en science et
technologies biomédicales (GRSTB), École Polytechnique
de Montréal; Membre, Institut de génie biomédical
Université de Montréal, École Polytechnique de Montréal
Diplôme : Ph.D. Micro-and nanotechnologie, 2000,
Université de Neuchâtel, Suisse
Courriel : olivier.guenat@polymtl.ca
Web : www.polymtl.ca/recherche/rc/en/professeurs/
details.php?NoProf=343
Recherche
Notre recherche porte sur le développement de BioMEMS (Bio-Microsystèmes)
destinés à des applications biomédicales et plus particulièrement, sur la
fonctionnalisation de micropuits pour la culture cellulaire.
Le fils conducteur de notre programme de recherche est la conception, la
caractérisation et le développement de nouvelles plateformes de culture
cellulaire destinées à mesurer la réponse cellulaire à des conditions de
culture contrôlées. L’originalité de notre démarche réside dans l’intégration de
composants microfluidiques et de microcapteurs électrochimiques et optiques,
sur un dispositif unique. Ces plateformes seront en particulier composées de
réseaux de microélectrodes ioniques sélectives, permettant de mesurer en
temps réel des concentrations ioniques aussi bien intra- qu’extracellulaire, et
de mécanismes microfluidiques de libération contrôlée de médicaments. Ces
plateformes présentent un potentiel pour une vaste gamme d’applications,
telles que le diagnostic médical, l’ingénierie tissulaire, le criblage pour l’analyse
cytotoxicologique de nouveaux médicaments, et en tant qu’outil d’analyse pour
la recherche fondamentale en biologie cellulaire.
Publications choisies
• “Development of an array of ion-selective microelectrodes aimed for the
monitoring of extracellular ionic activities”, O.T. Guenat, S. Generelli S,
N.F. de Rooij, M. Koudelka-Hep, F. Berthiaume et M. Yarmush,
Anal. Chem. 78, 7453 (2006).
• “Generic technological platform for microfabricating silicon nitride micro- and
nanopipettes arrays”, O.T. Guenat, S. Generelli, M. Dadras, L. Berdondini,
N.F. de Rooij et M. Koudelka-Hep,
Journal of Micromechanics and Microengineering 15, 2372 (2005).
• “Partial electroosmotic pumping in complex capillary systems, Part 2: Fabrication
and application of a micro total analysis system suited for volumetric
nanotitrations”, O.T. Guenat, D. Ghiglione, W.E. Morf et N.F. de Rooij,
Sensors and Actuators B 72, 273 (2001).
• “Partial electroosmotic pumping in complex capillary systems, Part 1: Principles
and general theoretical approach”, W.E. Morf, O.T. Guenat et N.F. de Rooij,
Sensors and Actuators B 72, 266 (2001).
• “Triangle-programmed coulometric nanotitrations completed by continuous
flow with potentiometric detection”,
O.T. Guenat, W.E. Morf, B.H. van der Schoot et N.F. de Rooij,
Anal. Chem. 72, 1585 (2000).
Prix et distinctions
2005 : Advanced researcher grant; Swiss National Science Foundation,
Harvard Medical School
Affiliation professionnelle
IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBS)
Mots-clefs
Microsystèmes pour applications biomédicales (BioMEMS), microfluidique,
nano- et microcapteurs électrochimiques, micropuits pour culture cellulaire

gujrathi s. guo h.
Nom : Subhash Gujrathi
Affiliations : Professeur, Département de physique,
Collège Dawson de Montréal; Chercheur invité,
Département de physique, Université de Montréal
Diplôme : Ph.D. Physique, 1968,
Université de Calcutta, Indes
Courriel : gujrathi@lps.umontreal.ca
Nom : Hong Guo
Affiliations : Professeur James McGill et Directeur,
Center for the Physics of Materials, Département de
physique, Université McGill; Membre, Institut transdisciplinaire
d’informatique quantique (INTRIQ)
Diplôme : Ph.D. Physique, 1987,
University of Pittsburgh, USA
Courriel : guo@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~guo/
Recherche
Il y a plus de trente ans, nous avons mis au point la technique de Détection de
reculs élastiques (Elastic Recoil Detection - ERD) pour observer les éléments
légers à l’intérieur de substrats lourds. Depuis 1982, je perfectionne cette technique,
notamment par le développement de système d’acquisition par temps de vol
(time-of-flight, TOF). Ceci en fait un outil quantitatif plus versatile, et mieux adapté
pour la profilométrie des couches minces. Il est actuellement possible d’observer
simultanément plusieurs éléments, incluant l’hydrogène, à l’intérieur de couches
uniformes dont l’épaisseur varie de quelques dizaines à quelques centaines de
nanomètres. Principal responsable du groupe de recherche en ERD, j’assure l’entretien
et l’amélioration de cette infrastructure afin de fournir un outil de pointe à
la vaste communauté de recherche sur les couches minces. En effet, ce système
ERD-TOF, unique au Canada, sert la communauté universitaire et industrielle et
joue un rôle essentiel au sein de plusieurs projets collaboratifs impliquant des
chercheurs d’ici et d’ailleurs.
Je suis également impliqué dans le développement et l’application d’autres
techniques d’analyse par faisceaux d’ions comme la rétrodiffusion Rutherford et
l’analyse par réactions nucléaires.
Publications choisies
• “Characterization of Silicon Carbide Thin Films Obtained Via Sublimation
of a Solid Polymer Source Using Polymer-Source CVD Process”,
E.H. Oulachgar, C. Aktik, S. Dostie, S. Gujrathi et M. Scarlete,
MRS Spring Meeting, in Symposium A: Amorphous and Polycrystalline
Thin-Film Silicon Science and Technology (Abs. A5.5) April 9-13, 2007.
• “Cross section for 14N(α, p0)17O reaction in the energy range 3.2 - 4.0 MeV”,
P. Wei, S.C. Gujrathi, M. Guihard et F. Schiettekatte,
Nucl. Instr. and Meth. B 249, 85 (2006).
• “Alleria: a new interface to the ERD program”, F. Schiettekatte, M. Chicoine,
S. Gujrathi, P. Wei et K. Oxorn,
Nucl. Instr. and Meth. B 219-220, 125 (2004).
• “Round Robin: measurement of H implantation distributions in Si by elastic
recoil detection”, G. Boudreau, R.G. Elliman, R. Grötzschel, S.C. Gujrathi,
C. Jeynes, W.N. Lennard, E. Rauhala, T. Sajavaara, H. Timmers,
Y.Q. Wang et T.D.M. Weijers,
Nucl. Instr. and Meth. B 222, 547 (2004).
• “Quantitative compositional depth profiling of SixGe1-x-yCy thin films by
simultaneous elastic recoil detection and Rutherford backscattering
spectrometry”, S.C. Gujrathi, S. Roorda, J.D. D’Arcy, R.J. Pflueger,
P. Desjardins, I. Petrov et J.E. Greene,
Nucl. Instr. and Meth. in Research B 136-138, 654 (1998).
Mots-clefs
Analyse par faisceau d’ions (ERD, RBS, NRA), interactions ion-solide énergétiques,
couches minces, revêtements multicouches
Recherche
Mes travaux portent sur les calculs théoriques des propriétés structurales,
électroniques et de transport quantique de systèmes et de dispositifs
nanoélectroniques. Je m’intéresse également à la physique numérique. Nos
principaux outils de calcul incluent la fonction Keldysh de Green hors équilibre
(Keldysh nonequilibrium Green’s function (NEGF)) et la théorie de dispersion
matricielle, la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT), la dynamique
moléculaire quantique et les méthodes quantiques Monte-Carlo. Nous avons
développé une approche novatrice qui combine les techniques de NEGF et de
DFT pour simuler les principes fondamentaux de dispositifs nanoélectroniques,
incluant des détails atomistiques sur les matériaux qui le constituent. Nous nous
penchons actuellement sur plusieurs questions concernant le transport quantique
hors équilibre des charges et des spins pour la nanoélectronique, y compris les
jonctions tunnel magnétiques, l’électronique moléculaire, les nanostructures de
carbone, les nanofils, la physique de Kondo et les électrons fortement corrélés
dans les points quantiques.
Publications choisies
• “Ab initio simulation of magnetic tunnel junctions”,
D. Waldron, L. Liu et H. Guo,
in Molecular and biological devices,
special issue of Nanotechnology 18, 424026 (2007).
• “Low field phase diagram of spin Hall effect in the mesoscopic regime”,
Z. Qiao, W. Ren, J. Wang et H. Guo,
Phys. Rev. Lett. 98, 196402 (2007).
• “First principles modeling of tunnel magnetoresistance of Fe/MgO/Fe trilayers”,
D. Waldron, V. Timoshevskii, Y. Hu, K. Xia et H. Guo,
Phys. Rev. Lett. 97, 226802 (2006).
• “Time-dependent quantum transport far from equilibrium: an exact nonlinear
response theory”, J. Maciejko, J. Wang et H. Guo,
Phys. Rev. B 74, 085324 (2006).
• “Nonlinear spin-current and magnetoresistance of molecular tunnel junctions”,
D. Waldron, P. Haney, B. Larade, A. MacDonald et H. Guo,
Phys. Rev. Lett. 96, 166804 (2006).
Prix et distinctions
2007 : Fellow, Société Royale du Canada
2006 : Médaille Brockhouse; Association canadienne des physiciens
2005 : Prix David Thomson pour excellence dans la supervision d’étudiants
et l’enseignement aux cycles supérieurs; Université McGill
2004 : Bourse Killam; Conseil canadien des arts
2004 : Fellow, American Physical Society
2004 : Professeur James McGill; Université McGill
2000 : Professeur honoraire; Université de Hong Kong
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physics Society (APS)
Materials Research Society (MRS)
Oversea’s Chinese Physicists Association (OCPA)
Mots-clefs
Nanoélectronique, théorie du transport quantique, physique mésoscopique,
physique numérique
27 | RQMP | membRES

hilke m. houdayer a.
Nom : Michael Hilke
Afiliations : Professeur, Département de
physique, Université McGill; Directeur, Institut
transdisciplinaire d’informatique quantique (INTRIQ)
Diplôme : Ph.D. Physique, 1996,
Université de Genève, Suisse
Courriel : hilke@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~hilke
Nom : Alain Houdayer
Affiliations : Chercheur invité, Département
de physique, Université de Montréal
Diplôme : Ph.D. Physique, 1972,
Université McGill, Montréal, Canada
Courriel : houdayer@lps.umontreal.ca
Recherche
Notre groupe s’intéresse aux nouveaux phénomènes où les effets quantiques
sont dominants. Les sujets traités et outils utilisés incluent :
• Nouveaux matériaux : hétérostructures semiconductrices (GaAs/AlGaAs,
InGaAs/InAlAs, Ge/SiGe), nanotubes de carbone, graphène, MgB 2,
supraconducteurs microstructurés, verres métalliques.
• Techniques expérimentales : basses températures (réfrigérateur a dilution,
système H 3 ), hautes fréquences (< 50GHz), nanofabrication (lithographie AFM),
traitement des semiconducteurs, mesures de transport électrique et thermique.
• Techniques de simulation : propriétés de transport, systèmes désordonnés,
effets d’interactions.
• Physique : effets quantiques de Hall, électrons fortement corrélés,
informatique quantique (décohérence), supraconductivité, nanoélectronique,
points quantiques couplés, transitions de phases quantiques, dynamique des
systèmes quantiques.
Publications choisies
• “Density of states of disordered systems with a finite correlation length”,
J.C. Flores et M. Hilke,
Phys. Rev. B 73, 125115 (2006).
• “Two-dimensional electron gas in InGaAs/InAlAs quantum wells”,
E. Diez, Y. P. Chen, S. Avesque, M. Hilke, E. Peled, D. Shahar, J. M. Cerver,
D. L. Sivco et A. Y. Cho,
Appl. Phys. Lett. 88, 052107 (2006).
• “Transverse vortex dynamics in superconductors”, J. Lefebvre, M. Hilke,
R. Gagnon et Z. Altounian,
Phys. Rev. B 74, 174509 (2006).
• “The microwave induced resistance response of a high mobility 2DEG from
the quasi-classical limit to the quantum Hall regime”,
S.A. Studenikin, M. Byszewski, D.K. Maude, M. Potemski, A. Sachrajda,
Z.R. Wasilewski, M. Hilke, L.N. Pfeiffer et K.W. West,
Physica E 34, 73 (2006).
• “Decoherence in a N -qubit solid-state quantum register”,
B. Ischi, M. Hilke et M. Dube,
Phys. Rev. B 71, 195325 (2005).
Prix et distinctions
2001 : Bourse stratégique; FCAR
1996 : Bourse postdoctorale; Swiss National Science Foundation,
Princeton University
Recherche
• Dommages par radiation (proton, neutron) sur des détecteurs au Si pour le
Super-LHC; Développement de détecteurs tolérant à la radiation pour le
Super-LHC.
• Étude de la résistance aux protons de nouveaux ensembles de détecteurs
(MDX) pour la médecine.
• Application de la physique nucléaire pour des techniques de détection et mesures
quantitatives de l’eau dans le couvert nival (en collaboration avec l’IREQ).
• Détection et mesure de l’eau dans divers matériaux, par exemple, le contreplaqué
industriel, par l’absorption de photons de basse énergie.
Publications choisies
• “Modified Hecht model qualifying radiation damage in standard and
oxygenated silicon detectors from 10 MeV protons”, A. Charbonnier,
S. Charron, A. Houdayer, C. Lebel, C. Leroy, V. Linhart et S. Pospisil,
Nucl. Instr. and Meth. A 576, 75 (2007).
• “Development of an unattended Gamma Monitor with custom electronic for
the Determination of Snow Water Equivalent (SWE) using the Natural Ground
Gamma Radiation”, A. Houdayer, J.P. Martin, C. Lebel, Y. Choquette,
P. Lavigne et P. Ducharme,
IEEE Nucl. Science, (2007).
• “Low-Energy Protons Scanning of Intentionally Partially Damaged Silicon MESA
Radiation”, A. Houdayer, C. Lebel, C. Leroy, V. Linhart et S. Pospisil,
IEEE Nucl. Science 51, 3838 (2006).
• “Radiation-hard semiconductor detectors for Super-LHC”, M. Bruzzi,
A. Houdayer, C. Lebel, C. Leroy et coll.,
Nucl. Instr. and Meth. A 541, 189 (2005).
• “Development of radiation tolerant semiconductor detectors for the
Super-LHC”, M. Moll, A. Houdayer, C. Lebel, C. Leroy et coll.,
Nucl. Instr. and Meth. A 546, 99 (2005).
Affiliation professionnelle
Association canadienne des physiciens (ACP)
Mots-clefs
Physique appliquée, dommage par radiation, détecteurs
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physics Society (APS)
28 | RQMP | membRES
Mots-clefs
Informatique quantique, effet quantique de Hall, matériaux quantiques,
supraconductivité, nanoélectronique à haute vitesse

jandl s. kilfoil m.
Nom : Serge Jandl
Affilations : Professeur, Département de
physique, Université de Sherbrooke
Diplômes : Ph.D. Physique, 1974,
Université de Montréal, Canada;
Docteur d’État ès Sciences, 1976,
Université de Grenoble, France
Courriel : serge.jandl@physique.usherbrooke.ca
Nom : Maria Kilfoil
Affiliation : Professeure, Département de
physique, Université McGill
Diplôme : Ph.D. Physique, 2001,
Memorial University, Canada
Courriel : kilfoil@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~kilfoilgroupsplash.shtml
Recherche
Nous utilisons les techniques optiques, telles la diffusion inélastique de la lumière,
la luminescence et l’interférométrie infrarouge, pour étudier des interactions
microscopiques à l’intérieur des solides suivants :
1. Les manganites magnétorésistants du type R (1-x)A (x)MnO 3 (R = terre rare, A = Ba,
Ca, Sr) où une importante chute de résistivité se produit lors de l’application
d’un champ magnétique. Ces matériaux sont importants tant sur le plan fondamental,
à cause des forts couplages entre les charges, spins et ions, que sur le
plan appliqué, dans les domaines des composants magnétiques d’enregistrement
et de lecture, et de l’électronique des spins polarisés.
2. Les supraconducteurs à température critique élevée du type R (2-x)Ce (x)CuO 4,
caractérisés par l’absence de résistance et la prédominance du diamagnétisme
parfait à des températures inférieures à la température critique. Ces matériaux
permettent le transport du courant sans perte, l’obtention de champs magnétiques
intenses et la détection de très faibles champs magnétiques.
3. Les composants optiques tels les lasers solides et les mémoires optiques à
base de terres rares de type Nd:YVO 4 et Yb:Y 2SiO 5. Dans tous ces matériaux,
les terres rares (Pr, Nd, Sm...) sont incorporées. Nous utilisons la diffusion de la
lumière et la spectroscopie infrarouge pour détecter les vibrations des ions et
les niveaux électroniques 4f des électrons des terres rares. Ces niveaux sont
utilisés comme sonde locale des différentes interactions électron-électron,
électron-ions, ions-ions.
Publications choisies
• “Annealing optical effects on Yb-doped Y 2SiO 5 thin films”,
A. Denoyer, S. Jandl, F. Thibault et D. Pelenc,
J. Phys: Condens. Matter 19, 156222 (2007).
• “Raman study of κ−ET 2Cu[N(CN) 2]Cl at ambient and ~ 300 bars pressures”,
K.D. Truong, S.Jandl et M.Poirier,
Synthetic Metals 157, (2007).
• “Optical properties of Yb-doped Y 2SiO 5 thin films”, A. Denoyer, S. Jandl,
B. Viana, O. Guillot-Noël, P. Goldner, D. Pelenc et F. Thibault,
Optical Materials 30, 416 (2007).
• “Multiple-order Raman Scattering from Rare earth Manganites:
Oxygen isotope and Rare Earth Substitution Effects”,
M. N. Iliev, V. G. Hadjiev, A. P. Litvinchuk, F. Yen, Y. Q. Wang, Y. Y. Sun,
S. Jandl, J. Laverdière, V. N. Popov et M. M. Gospodinov,
Phys Rev B 75, 064303 (2007).
• “Infrared Study in High magnetic Fields of the Crystal-Field Excitations in
PrMnO 3”, S. Jandl, V. Nekvasil, A. A. Mukhin et M. L. Sadowski,
J. of Magnetism and Magnetic Materials 311, 583 (2007).
Mots-clefs
Spectroscopie Raman, spectroscopie infrarouge, champ-cristal,
supraconducteurs, manganites
Recherche
La microscopie et les outils de manipulation optique et mécanique sont utilisés
pour étudier in vitro et in vivo, la structure, la dynamique et les propriétés
mécaniques de systèmes de matière condensée molle tels les verres, les gels
et les systèmes biophysiques.
Un de nos principaux outils expérimentaux, la microscopie confocale par fluorescence,
permet d’obtenir des images superposées, acquises à des intervalles
de temps très rapprochés. En parallèle, grâce à des algorithmes sophistiqués de
reconnaissance, nous étudions la dynamique à l’échelle d’une seule particule, de
systèmes approchant les transitions de phases solides, souvent vers des phases
solides hors équilibre. Nous développons également des modèles de la mécanique
des mouvements cellulaires en faisant la vidéo-microscopie de particules
marquées, incorporées au cytosquelette.
Les outils développés autour de la microscopie confocale à haute résolution nous
ont mené à développer et à étendre notre expertise à la détection de caractéristiques
dans des cellules vivantes. Nous étudions ainsi un éventail d’objets tridimensionnels
comme les filaments de microtubules et la périphérie cellulaire. Nous
nous intéressons particulièrement à la dynamique des éléments du cytosquelette
cellulaire lors de la division cellulaire, alors que le noyau est placé de façon à
assurer correctement la ségrégation des chromosomes et d’établir l’asymétrie
requise à ce processus.
Publications choisies
• “Direct Observation of Dynamical Heterogeneities Near the Colloidal Gel
Transition”, Y. Gao et M.L. Kilfoil,
Physical Review Letters 99, 078301 (2007).
• “Time-dependent viscoelastic shear modulus during gravitational collapse
of colloidal gels”, S.W. Kamp et M.L. Kilfoil,
in press Soft Matter (2007).
• “Dynamics of Weakly Aggregated Colloidal Particles”,
M.L. Kilfoil, E.E. Pashkovski, J.G. Masters et D.A. Weitz,
Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering
Sciences 361, 753 (2003).
• “Direct measurement of the alignment tensor for a polymer melt under strong
shearing flow”, M.L. Kilfoil et P.T. Callaghan,
Macromolecules 33, 287 (2000).
• “Chain deformation for a polymer melt under shear”,
P.T. Callaghan, M.L. Kilfoil et E.T. Samulski,
Physical Review Letters 81, 4524 (1998).
Prix et distinctions
2002 : Bourse postdoctorale; Materials Research Science and Engineering Center,
Harvard University
2001 : Bourse postdoctorale; Conseil national de recherche en science et génie
(CRSNG)
2000 : Bourse J. Bruce and Helen H. French; Memorial University
2000 : A.G. Hatcher Memorial Scholarship; Memorial University
1999 : New Brunswick Women’s Doctoral Fellowship
1998 : Bourse d’études supérieures; CRSNG
1996 : Fellow, School of Graduate Studies; Memorial University
Affiliations professionnelles
American Physical Society (APS)
Biophysical Society
Canadian Association of Physicists (CAP)
American Association for the Advancement of Science (AAAS)
Mots-clefs
Matière condensée molle, microscopie optique, biophysique, colloïdes, rhéologie
29 | RQMP | membRES

KLEMBERG-SAPIEHA J.
Nom : Jolanta Klemberg-Sapieha
Affiliations : Chercheuse, Département de génie physique;
Co-directrice, Laboratoire de revêtements fonctionnels
et ingénierie de surfaces (FCSEL-LaRFIS) et Laboratoire
de métrologie optique et tribo-mécanique,
École Polytechnique de Montréal
Diplôme : Ph.D. 2000, Science des matériaux,
Université de Lodz, Pologne
Courriel : jsapieha@polymtl.ca
Web : www.polymtl.ca/larfis
lennox r.b.
Nom : Robert Bruce Lennox
Affiliations : Professeur Tomlinson et Directeur,
Département de chimie, Université McGill;
Membre, Centre de recherche sur les matériaux
auto-assemblés (CRMAA)
Diplôme : Ph.D. Chimie, 1985,
Université de Toronto, Canada
Courriel : bruce.lennox@mcgill.ca
Web : www.chemistry.mcgill.ca
30 | RQMP | membRES
Recherche
Nous utilisons divers procédés de dépôt physique et chimique en phase vapeur
pour mettre au point des revêtements nanocomposites (nc) formés de nanoparticules
(1-20 nm) de nitrures et de carbures métalliques dans des matrices amorphes
(telles que SiN x et SiC xN y). Notre objectif est d’obtenir des revêtements aux
propriétés améliorées telles que : ultra dureté et excellente résistance mécanique
et tribologique, résistance à la corrosion ou stabilité thermique. Ces caractéristiques
sont très recherchées pour des applications dans plusieurs domaines dont
l’aérospatiale, l’industrie automobile et le domaine biomédical. Nous entretenons
d’ailleurs des collaborations actives avec plusieurs intervenants industriels dans
ces secteurs.
Le laboratoire que nous avons mis sur pied regroupe équipements et expertises
permettant l’analyse des caractéristiques tribomécaniques et élastoplastiques
des matériaux. Nous nous intéressons actuellement aux propriétés d’ultradureté
et nanotribologiques de couches dont l’épaisseur est de l’ordre du nanomètre, en
utilisant l’indentation, le nano- micro-rayage, la résistance à l’usure et l’analyse
en profondeur par imagerie. Ces outils et techniques peuvent être appliqués à une
grande variété de couches minces et de revêtements utilisés dans des domaines
tels l’aérospatiale, l’industrie de fabrication, l’industrie automobile, l’optique et la
photonique, la microélectronique, le domaine biomédical, etc.
Nous nous intéressons également au traitement de polymères par plasma pour
en modifier les propriétés de surfaces, soient la fonctionnalisation, l’activation
et l’amélioration de l’adhésion dans des systèmes polymère/polymère, film
diélectrique organique/polymère et métal/polymère.
Publications choisies
• “Tailoring the Adhesion of Optical Films on Polymethyl-methacrylate
by Plasma-induced Surface Stabilization”, E. Klemberg-Sapieha, L. Martinu,
N.L.S. Yamasaki et C.W. Lantman,
Thin Solid Films 476, 101 (2005).
• “Quartenary Hard Nanocomposite TiCN/SiCN Coatings Prepared by PECVD”,
P. Jedrzejowski, J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
Thin Solid Films 466, 189 (2004).
• “Microstructure of Plasma-Deposited SiO2/TiO2 Optical Films”, S. Larouche,
H. Szymanowski, J.E. Klemberg-Sapieha, L. Martinu et S. Gujrathi,
J. Vac. Sci. Technol. A 22, 1200 (2004).
• “Mechanical Characteristics of Optical Coatings Prepared by Different
Techniques: A Comparative Study”,
J.E. Klemberg-Sapieha, J. Oberste-Berghaus, L. Martinu, R. Blacker,
I. Stevenson, G. Sadkhin, D. Morton, S. McEldowney, B. Klinger, P. Martin,
N. Court, S. Dligatch, M. Gross et R.P. Netterfield,
Applied Optics 43, 2670 (2004).
• “Microstructure and Mechanical Properties of Plasma Deposited Ultrahard
TiN/SiN1.3 Nano-Composite Films”,
P. Jedrzejowski, J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
Thin Solid Films 426, 150 (2003).
Affiliations professionnelles
American Chemical Society (ACS)
American Physical Society (APS)
American Vacuum Society (AVS)
Society of Vacuum Coaters (SVC)
Société de Microscopie du Canada
Sigma Xi-Research Society of North America
Mots-clefs
Nanocomposés et revêtements protecteurs ultradurs, surfaces et interfaces,
tribo-corrosion, propriétés mécaniques, traitement plasma
Recherche
Notre groupe de recherche s’intéresse à la synthèse, à la caractérisation et à la
fabrication de matériaux à l’échelle nanométrique, en particulier les nanoparticules
d’or, les monocouches auto-assemblées sur l’or et les copolymères séquencés.
Notre but est d’utiliser ces nanoparticules comme marqueurs dans les polymères
et les systèmes biologiques. Les mécanismes de la formation des nanoparticules
d’or nous intéressent particulièrement. Quoique le nombre de publications
annuelles sur le sujet ait grimpé de 10 à 2000 entre 1993 et 2005, à peine
quelques-unes traitent des problèmes de polydispersion et de morphologie des
particules. Nous abordons ces questions en étudiant les relations qui existent entre
l’énergie à l’interface des particules, leur distribution de charge et les niveaux
électroniques à l’équilibre. Notre travail sur les monocouches auto-assemblées
consiste à définir la relation qui existe entre la séparation des phases à l’intérieur
d’une couche de quelques nanomètres d’épaisseur et la résistance électrique de
celle-ci. Des copolymères séquencés sont utilisés à la fois comme supports et
comme masques pour créer des structures de l’ordre du nanomètre. En parallèle,
nous exploitons une nouvelle technologie, récemment développée dans notre
laboratoire, pour positionner précisément des nanoparticules d’or sur les surfaces.
L’application de cette méthode à la fabrication de biocapteurs est envisagée.
Publications choisies
• “Surface Plasmon Resonance of Au Nanoparticle Arrays Partially Embedded
into Quartz Substrates”, V. Meli et R.B. Lennox,
J. Phys. Chem C 111, 3658 (2007).
• “Uniform One-Dimensional Arrays of Tunable Gold Nanoparticles with Tunable
Interparticle Distances”, M.K. Corbierre, J. Beerens, J. Beauvais et R.B. Lennox,
Chem. Mater. 18, 2628 (2006).
• “Place Exchange Reactions of n-Alkylthiols on Gold Nanoparticles”,
A. Kassam, G. Bremner, G. Ulibarri, B. Clark et R.B. Lennox,
J. Am. Chem. Soc. 128, 3746 (2006).
• “Surface Plasmon Resonance Spectroscopy Study of Electrostatically
Adsorbed Layers”, V. Gandubert et R.B. Lennox,
Langmuir 22, 4589 (2006).
• “Adsorption of Alkylthiol-Capped Gold Nnaoparticles onto Alkylthiol SAMs:
An SPR Study”, M. Goren et R.B. Lennox,
Langmuir 22, 341 (2006).
Prix et distinctions
2005 : Chaire Tomlinson de chimie; Université McGill
2002 : Conférencier CERSIM
Affiliations professionnelles
Chemical Institute of Canada
American Chemical Society
Keywords
Matériaux à l’échelle nanométrique, nanoparticules d’or, monocouches
auto-assemblées, copolymères séquencés, biocapteurs photoniques

leonelli r. lewis l.
Nom : Richard Leonelli
Affiliations : Professeur, Département de physique,
Université de Montréal; Co-directeur, Laboratoire
de caractérisation des matériaux, Université de
Montréal
Diplôme : Ph.D. Physique, 1985,
Université de Montréal, Canada
Courriel : richard.leonelli@umontreal.ca
Web : www.mapageweb.umontreal.ca/leonelli
Nom : Laurent J. Lewis
Affiliation : Professeur, Département de physique
et Vice-doyen, Faculté des arts et des sciences,
Université de Montréal
Diplôme : Ph.D. Physique, 1983,
Université McGill, Canada
Courriel : laurent.lewis@umontreal.ca
Web : www.esi.umontreal.ca/~grofnum
Recherche
Les activités du groupe de recherche expérimentale dirigé par Richard Leonelli
sont centrées sur l’étude des propriétés électroniques de matériaux semiconducteurs
de pointe et sur la nouvelle physique qui émerge lorsqu’ils sont
assemblés en nanostructures. Nous nous intéressons tout particulièrement à la
dynamique de relaxation des excitons dans des systèmes à « zéro dimension » :
Comment les excitons sont-ils capturés dans des points quantiques et comment
en sortent-ils ? Sur quelle échelle de temps leurs interactions avec les phonons
se produisent-elles ? Comment perdent-ils leur cohérence ? Les réponses à
ces questions permettent non seulement de mieux comprendre des processus
physiques fondamentaux, mais aussi d’améliorer ou d’imaginer des dispositifs
d’intérêt pour des applications technologiques tels l’optoélectronique ou le
traitement d’information.
Les outils à la disposition du groupe de recherche de Leonelli comprennent
plusieurs spectromètres optiques et une variété de sources d’excitation dont
deux chaînes laser accordables Ti:saphir, une en émission continue et l’autre
en émission pulsée. Ces équipements à la fine pointe de la technologie nous
permettent d’effectuer des mesures d’absorption, de réflexion photomodulée,
de photoluminescence, d’excitation de la photoluminescence et de diffusion
Raman. Notre marque de commerce est de nous efforcer de toujours pousser
l’instrumentation à la limite de sa résolution et de sa sensibilité sur une plage
spectrale qui s’étend de 300 à 2 500 nm.
Publications choisies
• “Experimental and theoretical studies of the E+ optical transition in
GaAsN alloys”, V. Timoshevskii, M. Côté, G. Gilbert, R. Leonelli, S. Turcotte,
J.-N. Beaudry, P. Desjardins, S. Larouche, L. Martinu et R. A. Masut,
Phys. Rev. B 74, 165120 (2006).
• “Raman study of optical phonons in ultrathin InAs/InP single strained
quantum wells”, A. Lanacer, J. F. Chabot, M. Côté, R. Leonelli, D. Frankland,
et R. A. Masut,
Phys. Rev. B 72, 075349 (2005).
• “Evidence for large configuration-induced band-gap fluctuations in
GaAsN alloy”, G. Bentoumi, V. Timoshevskii, N. Madini, M. Côté, R. Leonelli,
J.-N. Beaudry, P. Desjardins et R. A. Masut,
Phys. Rev. B 70, 035315 (2004).
• “Excitons in ultrathin InAs/InP quantum wells: Interplay between extended and
localized states”, P. Paki, R. Leonelli, L. Isnard et R. A. Masut,
J. Vac. Sci. Technol. A 18, 956 (2000).
• “Optical properties of submonolayer InAs/InP quantum dots on vicinal
surfaces”, P. Paki, R. Leonelli, L. Isnard et R. A. Masut,
J. Appl. Phys. 86, 6789 (1999).
Prix et distinctions
2008 : Prix d’excellence en enseignement; Faculté des arts et des sciences,
Université de Montréal
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens
American Physical Society
Mots-clefs
Semiconducteurs, excitons, nanostructures, photoluminescence,
points quantiques
Recherche
Notre programme de recherche consiste à étudier l’effet de la structure de
la matière à l’échelle de l’atome sur les propriétés électroniques, optiques et
mécaniques de matériaux de faible symétrie – souvent appelés « matériaux
nouveaux » – en particulier les nanomatériaux et les matériaux nano-structurés.
À un tel niveau de détails, compte tenu de la basse symétrie des systèmes
étudiés, les outils traditionnels de la physique des matériaux ne conviennent plus.
Nous approchons ces problèmes par le biais de modèles construits à partir des
constituants fondamentaux de la matière, soit les atomes et les électrons, de
façon à décrire de façon aussi réaliste que possible les matériaux étudiés. Les
modèles employés sont de plusieurs types, et peuvent être, à un bout du spectre,
complètement empiriques ou bien, à l’autre bout, ab initio, en passant par des
approches semi-empiriques ou semi-quantiques, etc. Le choix du modèle dépend
du problème, et en particulier des échelles en temps et en espace que l’on
envisage étudier.
Parmi les problèmes que nous abordons, mentionnons les suivants :
• Diffusion d’impuretés et de défauts en surface et en volume
• Thermodynamique des nanoagrégats
• Auto-organisation d’îlots et d’agrégats sous contrainte.
• Mécanismes d’ablation laser
• Ségrégation de phases dans les alliages binaires
• Défauts dans le a-Si
Publications choisies
• “Kinetic faceting and anomalous coarsening in elastically inhomogeneous
multiphase systems”, D. Perez et L.J. Lewis,
Phys. Rev. Lett. 98, 07501 (2007).
• “Ablation of molecular solids under nanosecond laser pulses: The role of inertial
confinement”, D. Perez, P. Lorazo, L.J. Lewis et M. Meunier,
Appl. Phys. Lett. 89, 141907 (2006).
• “Coulomb explosion induced by intense ultrashort laser pulses in
two-dimensional clusters”, V. Mijoule, L.J. Lewis et M. Meunier,
Phys. Rev. A 73, 033203 (2006).
• “Stable fourfold configurations for small vacancy clusters in silicon from ab
initio simulations”, D.V. Makhov et L.J. Lewis,
Phys. Rev. Lett. 92, 255504 (2004).
• “Short-pulse laser ablation of solids: from phase explosion to fragmentation”,
P. Lorazo, L.J. Lewis et M. Meunier,
Phys. Rev. Lett. 91, 225502 (2003).
Mots-clefs
Physique numérique, matériaux amorphes, interaction laser-matière,
nanomatériaux
31 | RQMP | membRES

lupien c. maciejko r.
Nom : Christian Lupien
Affiliation : Professeur adjoint, Département de
physique, Université de Sherbrooke
Diplôme : Ph.D. Physique, 2002,
Université de Toronto, Canada
Courriel : christian.lupien@usherbrooke.ca
Web : www.physique.usherbrooke.ca/lupien/
Nom : Romain Maciejko
Affiliations : Professeur, Directeur des études de
premier cycle, Directeur du comité de programme
et membre du comité exécutif, Département de
génie physique, École Polytechnique de Montréal
Diplôme : Ph.D. Physique, 1975, Stony Brook, USA
Courriel : romain.maciejko@polymtl.ca
Web : http://maxwell.phys.polymtl.ca
32 | RQMP | membRES
Recherche
Nous développons des microscopes à effet tunnel fonctionnant à très basses
températures, destinés à étudier les problèmes fondamentaux dans les systèmes
où les électrons sont fortement corrélés, comme les matériaux supraconducteurs
à haute température critique. Ce type d’instrument nous permet de visualiser
l’organisation des atomes à la surface des échantillons.
Nous étudions à l’échelle atomique les processus de réorganisation des électrons
qui surviennent souvent dans ces matériaux. Comparées aux résultats obtenus
par diverses approches théoriques, nos données expérimentales nous permettront
de mieux comprendre les processus fondamentaux qui régissent ces systèmes.
Nous travaillons actuellement à pousser nos limites techniques aux températures
encore plus basses, aux champs magnétiques plus intenses et à de nouvelles
sondes de l’ordre du nanomètre.
Publications choisies
• “An Intrinsic Bond-Centered Electronic Glass with Unidirectional Domains in
Underdoped Cuprates”, Y. Kohsaka, C. Taylor, K. Fujita, A. Schmidt, C. Lupien,
T. Hanaguri, M. Azuma, M. Takano, H. Eisaki, H. Takagi, S. Uchida et J. C. Davis,
Science 315, 1380 (2007).
• “A ‘checkerboard’ electronic crystal state in lightly hole-doped
Ca 2-xNa xCuO 2Cl 2”, T. Hanaguri, C. Lupien, Y. Kohsaka, D.-H. Lee, M. Azuma,
M. Takano, H. Takagi et J. C. Davis,
Nature 430, 1001 (2004).
• “Transport in ultraclean YBa 2Cu 3O 7: neither unitary nor Born impurity
scattering”, R. W. Hill, C. Lupien, M. Sutherland, E. Boaknin, D. G. Hawthorn,
C. Proust, F. Ronning, L. Taillefer, R. Liang, D. A. Bonn et W. N. Hardy,
Physical Review Letters 92, 027001 (2004).
• “Field-induced thermal metal-to-insulator transition in underdoped
La 2-xSr xCuO 4”, D. G. Hawthorn, R. W. Hill, C. Proust, F. Ronning, M. Sutherland,
E. Boaknin, C. Lupien, M. A. Tanatar, J. Paglione, S. Wakimoto, H. Zhang,
L. Taillefer, T. Kimura, M. Nohara, H. Takagi et N. E. Hussey,
Physical Review Letters 90, 197004 (2003).
• “STM studies of individual Ti impurity atoms in Sr2RuO4”, B. I. Barker,
S. K. Dutta, C. Lupien, P. L. McEuen, N. Kikugawa, Y. Maeno et J. C. Davis,
Physica B 329-333, 1334 (2003).
Prix et distinctions
2005 : Lee-Osheroff-Richardson North American Prize for Low temperature and
high magnetic field research, Oxford Instruments Superconductivity
2002 : Bourse postdoctorale; Conseil de recherche en sciences et en génie du
Canada (CRSNG), University of California à Berkeley et Cornell University
2000 : E. F. Burton Fellowship; Université de Toronto
2000 : Walter C. Sumner memorial fellowship; Université de Toronto
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physics Society (APS)
Association francophone pour le savoir (ACFAS)
Mots-clefs
Supraconductivité, microscopie/spectroscopie à effet tunnel,
basses températures, électrons fortement corrélés
Recherche
Notre groupe, au Laboratoire d’Optoélectronique, développe des logiciels, dispositifs et
systèmes photoniques destinés à des applications dans les domaines des télécommunications
et de la biologie et ce, à la fois dans leurs aspects théoriques et expérimentaux.
Nous avons développé un simulateur pour lasers à semiconducteurs de calibre international,
utilisé par les chercheurs de laboratoires industriels et gouvernementaux. Il a été
employé pour développer des amplificateurs à semiconducteurs et des sources à large
bande. D’autres travaux ont notamment porté sur l’élargissement des raies laser, les
lasers à fibre, le blocage de modes dans les lasers Cr-YaG, l’intégration des dispositifs,
la microscopie en champ proche et à deux photons ainsi que la dynamique des
porteurs, à la fois par simulation Monte Carlo et par photoluminescence femtoseconde.
Nous avons mis au point un système de tomographie par cohérence optique (OCT)
destiné à l’imagerie biomédicale non-invasive pour applications en recherche fondamentale
et pour l’histologie. Des recherches portant sur l’OCT en mode speckle et en
élastographie sont présentement en cours, en collaboration avec des chercheurs du
Conseil national de recherche du Canada. Un autre de nos projets consiste à développer
une imagerie multi-modalité destinée à comparer les images obtenues par rayons-X,
ultrasons, OCT, imagerie à deux-photons et RMN. Nous avons aussi développé un
système OCT Doppler pour caractériser l’écoulement des fluides dont l’excellente résolution
nous permet d’envisager son application aux études de circuits microfluidiques.
Publications choisies
• “A Comparative Study of Several Optical Sources in the Near Infrared for OCT
Applications”, L. Carrion, M. Lestrade, Z. Xu, G. Touma, R. Maciejko et M. Bertrand,
Jour. Biomed. Optics 12, 1 (2007).
• “Novel S+C+L broadband source based on semiconductor optical amplifiers and
erbium-doped fiber for optical coherence tomography”, D. Beitel, L. Carrion,
K. L. Lee, A. Jain, L. R. Chen, R. Maciejko et A. Nirmalathas,
Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO’07), Baltimore, Maryland,
6-11 May 2007.
• “Degradation of side-mode suppression ratio in a DFB laser integrated with
a semiconductor optical amplifier”, A. Champagne, M. Lestrade, J. Camel,
R. Maciejko et B. Tromborg,
IEEE Journal of Quantum Electronics 40, 871 (2004).
• “Promising intracavity mode-locking device: a strained GaInAs/AlInAs saturable
Bragg reflector grown by molecular-beam epitaxy”, Y. Chang, R. Leonelli,
R. Maciejko, et A. SpringThorpe,
Applied Phys. Lett. 76, 921 (2000).
• “Photoluminescence study of carrier dynamics and recombination in a strained
InGaAsP/InP multiple-quantum-well structure”, A.D. Güçlü, C. Rejeb, R. Maciejko,
D. Morris et A. Champagne,
Jour. of Applied Physics 86, 3391 (1999).
Prix et distinctions
2007 : Éditeur associé, Canadian Journal of Physics
2006, 2003 : Technical Co-Chair of Photonics North
2003 : Nomination au Prix Roberval, France
2003, 2002, 2001 : Prix d’excellence en enseignement; École Polytechnique de Montréal
2000 : Prix de la recherche Poly 1873; École Polytechnique de Montréal
1991 : Membre industriel senior; CRSNG
1978 : Bourse d’études postdoctorales en industrie; CRSNG
1970 : Bourse de recherche; SUNY, Stony Brook
1969 : Bourse de recherche en mathématiques; Indiana University
1966 : Médaille du Gouverneur-Général du Canada
1966 : Prix PFIZER; ACFAS
1965 : Troisième prix; Canadian Mathematical Society
Affiliations professionnelles
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
American Physics Society (APS)
Optical Society of America (OSA)
Mots-clefs
Tomographie par cohérence optique, dispositifs photoniques, simulation laser,
fibres optiques, imagerie biomédicale

martel r. martinu l.
Nom : Richard Martel
Affiliation : Professeur, Département de chimie,
Université de Montréal; Chaire de recherche
du Canada sur les nanostructures et interfaces
conductrices d’électricité
Diplôme : Ph.D. Chimie, 1995,
Université Laval, Canada
Courriel : r.martel@umontreal.ca
Recherche
Les travaux de Richard Martel visent l’étude de la physico-chimie des nanostructures
électriquement actives et l’exploration des phénomènes de transfert
de charge prenant place aux interfaces, surfaces et nano-jonctions. Ces études
visent aussi à fabriquer des nanocomposants servant de prototypes pour des
applications en électronique, optoélectronique, technologies des senseurs et de
conversion d’énergie.
Ces travaux servent principalement à l’avancement des connaissances fondamentales
sur les nanostructures unidimensionnelles comme les nanotubes de
carbone, les fils nanométriques et les assemblages supramoléculaires. Pour
ces études, nous utilisons des sondes locales (STM et AFM), des méthodes de
transport électrique (courbes IV et magnétorésistance avec la température) et
des techniques spectroscopiques sensibles aux surfaces et aux interfaces (UPS,
AES, XPS et IRAS). Les études sur le transport électrique sont particulièrement
importantes et font appel aux techniques de fabrication de la microélectronique.
Un exemple typique de projet est l’assemblage de nanocomposants à base
de nanotubes de carbone intégrés sur substrat. On utilise ensuite les diverses
sondes pour explorer plus en détail une vaste gamme de phénomènes nouveaux
à l’échelle du nanomètre.
Publications choisies
• “Small molecule light emitting diodes on carbon nanotube electrodes”,
C. M. Aguirre, S. Auvray, S. Pigeon, R. Izquierdo, P. Desjardins et R. Martel,
Appl. Phys. Lett. 88, 183104 (2006).
• “Probing the Reversibility of Sidewall Functionalization Using Carbon Nanotube
Transistors”, J. Cabana et R. Martel,
J. Am. Chem. Soc 129, 2244 (2007).
• “Raman studies of single-wall carbon nanotube salts in solutions”,
E. Anglaret, F. Dragin, A. Pénicau et R. Martel,
J. Phys. Chem. B 110, 3949 (2006).
• “Exciton formation and annihilation during 1D impact excitation in carbon
nanotubes”, L. Marty, E. Adam, L. Albert, R. Doyon, D. Ménard et R. Martel,
Phys. Rev. Lett. 96, 136803 (2006).
• “Ultrafast Dynamics of the Mid-Infrared Response of Carbon Nanotubes”,
L. Perfetti, T. Kampfrath, F. Schapper, A. Hagen, T. Hertel, C. Aguirre,
P. Desjardins, R. Martel, C. Frischkorn et M. Wolf,
Phys. Rev. Lett. 96, 027401 (2006).
Prix et distinctions
2006 : Dix découvertes de l’année; Magazine Québec-Sciences
2006 : Fellow, American Physical Society
2004 : IBM Research Division Award
2003 : ISSCC 2003 Jack Raper Outstanding Technology Directions Paper Award
2003 : Chaire de recherche du Canada sur les nanostructures et interfaces
conductrices d’électricité (Niveau II)
2002, 2000 : IBM Outstanding Technical Achievement Awards
2002 : Co-finaliste, 2002 World Technology Award for Materials
2001, 2002 : IBM Patent Invention Achievement Awards
Affiliations professionnelles
American Physics Society (APS)
American Physical Society (ACS)
American Association for the Advance in Science (AAAS)
American Vacuum Society (AVS)
Mots-clefs
Nanoscience, nanoélectronique, nanotubes de carbone, électroluminescence
Nom : Ludvik Martinu Affiliations : Professeur et
directeur, Département de génie physique; Directeur,
Laboratoire de revêtements fonctionnels et ingénierie
de surfaces (FCSEL-LaRFIS) et Laboratoire de métrologie
optique et tribo-mécanique, École Polytechnique
de Montréal; Membre du comité de direction et Directeur
du programme de bourses, Society of Vacuum
Coaters; Membre du comité de direction, ESST-The
Upstate New York chapter of the AVS; Coordonnateur
du programme d’échange interuniversitaires, University
of West Bohemia, Czech Republic et Technical
University of Lodz, Pologne Diplôme : Ph.D. Physique,
1985, Charles University, Prague, République Tchèque
Courriel : lmartinu@polymtl.ca
Web : www.polymtl.ca/larfis
Recherche
Nous développons des procédés, matériaux et dispositifs aux propriétés optiques,
optoélectroniques, mécaniques, tribologiques, protectrices ou électriques,
adaptées à des applications spécialisées dans les domaines de l’optique, de la
photonique, du biomédical et de l’aérospatiale. L’étude des processus atomiques
ayant lieu sur les surfaces ou à leur proximité constitue un aspect essentiel de
notre recherche.
Nos travaux portent particulièrement sur le développement de techniques
complémentaires pour le dépôt physique et chimique en phase vapeur, notamment
le dépôt chimique stimulé par plasma, la pulvérisation magnétron pulsée, le
dépôt par arc cathodique filtré, le dépôt par double-faisceaux d’ions ainsi qu’une
gamme de techniques hybrides. Ces techniques sont adaptées pour la synthèse
de couches minces, de systèmes multicouches et d’architectures nanocomposites
appliquées à des plateformes à deux ou trois dimensions, incluant des réseaux
particulaires et continus.
Nos plus récentes contributions incluent la conception de filtres optiques à
gradients d’indices, de filtres optiques pour des systèmes de sécurité, et de
senseurs de gaz optiques. Nous développons également des revêtements
protecteurs pour des composants aérospatiaux, des instruments et des dispositifs
pour applications biomédicales, des revêtements décoratifs et des revêtements
ultradurs résistant à la corrosion. Les revêtements plastiques, le diagnostique
in situ en temps réel (ellipsométrie spectroscopique, spectroscopie de masse,
simulations numériques) et la métrologie des propriétés optiques et mécaniques
des couches minces mobilisent aussi une grande partie de nos efforts.
Publications choisies
• “Ion-Surface Interactions on c-Si (001) at the Radiofrequency-Powered
Electrode in Low-Pressure Plasmas: Ex Situ Spectroscopic Ellipsometry and
Monte-Carlo Simulation Study”, Amassian, P. Desjardins et L. Martinu,
J. Vac. Sci. Technol. A 24, 45 (2005).
• “Pulsed RF PECVD of a-SiNx:H alloys: properties, growth mechanism and
applications”, R. Vernhes, O. Zabeida, J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
J. Appl. Phys. 100, 63308 (2006).
• “Microstructure of Plasma-Deposited SiO2/TiO2 Optical Films”, S. Larouche,
H. Szymanowski, J.E. Klemberg-Sapieha, L. Martinu et S. Gujrathi,
J. Vac. Sci. Technol. A 22, 1200 (2004).
• “Optical Coatings on Plastics”, L. Martinu et J.E. Klemberg-Sapieha,
in Optical Interference Filters, N. Kaiser and H. Pulker, eds.,
Spinger, Berlin 2004, 460-489.
• “Single Material Inhomogeneous Optical Filters Based on Microstructural
Gradients in Plasma Deposited Silicon Nitride”, R. Vernhes, O. Zabeida,
J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
Applied Optics 43, 97 (2004).
Affiliations professionnelles
Membre du comité de direction, Society of Vacuum Coaters
Directeur général du programme et du programme de bourses,
Society of Vacuum Coaters
Membre du comité de direction, ESST-The Upstate New York chapter of the AVS
Mots-clefs
Revêtements optiques et tribologiques, couches minces nanostructurées, procédés
plasmas, ingénierie de surfaces et d’interfaces, revêtements protecteurs
33 | RQMP | membRES

masut r. mÉnard d.
Nom : Remo A. Masut
Affiliations : Professeur, Département de génie
physique; Directeur, Laboratoire d’épitaxie et de
caractérisation de semiconducteurs composés
(LECSC), École Polytechnique de Montréal
Diplôme : Ph.D. Physique, 1982,
University of Massachusetts, Amherst, USA
Courriel : remo.masut@polymtl.ca
Nom : David Ménard
Affiliation : Professeur, Département de génie
physique, École Polytechnique de Montréal
Diplôme : Ph.D. Génie physique, 1999,
École Polytechnique de Montréal
Courriel : david.menard@polymtl.ca
Recherche
Nos activités de recherche se concentrent sur : (1) la croissance hétéroépitaxiale
de semiconducteurs composés III-V et d’hétérostructures contraintes utilisées
dans les dispositifs (opto)-électroniques de pointe et (2) la thermoélectricité.
Nos intérêts incluent la fabrication, la physique et les applications des hétérostructures
quantiques, l’ingénierie des bandes, les études fondamentales
des matériaux semiconducteurs tels la relaxation des couches contraintes et
l’interdiffusion dans les hétérostructures. Nos contributions, outre les diverses
réalisations en hétéroépitaxie dans les systèmes In(Ga)As(P)/In(Ga)P, InP/Si et (In)
GaAsN/GaAs, pour des applications telles que les modulateurs optiques, diodes
lasers et HIGFETs, ont mis en évidence le rôle de l’alignement des bandes dans
l’optimisation des performances à haute fréquence des modulateurs optiques. La
croissance et la caractérisation des structures InAs/InP à faible dimensionnalité,
soient (i) des couches ultraminces déposées par Épitaxie par Couches Atomiques
(ALE) et/ou par MOVPE, et (ii) des boites quantiques auto-assemblées, ont mis
en évidence la corrélation entre les propriétés structurelles et optiques ainsi que
certains principes d’assemblage.
Nos activités récentes incluent la croissance épitaxiale de matériaux semiconducteurs
magnétiques III-V, la caractérisation mécanique et l’étude du transport
électrique dans des alliages thermoélectriques, ainsi que le développement de
procédés de microfabrication de modules thermoélectriques à haute densité
de puissance.
Publications choisies
• “Compositional dependence of the elastic constant of dilute GaAsN alloys”,
J-N. Beaudry, N. Shtinkov, R.A. Masut, P. Desjardins et R. Jimenez-Rioboo,
J. Appl. Phys. 101, 113507 (2007).
• “Raman study of optical phonons in ultrathin InAs/InP single strained quantum
wells”, A. Lanacer, J.F. Chabot, M. Côté, R.Leonelli, D. Frankland et R.A. Masut,
Phys. Rev. B 72, 075349 (2005).
• “X-Ray Photoelectron spectroscopyxy and structural analysis of amorphous
SiOxNy films deposited at low temperatures”, P. Cova, S. Poulin et R.A. Masut,
J. Appl. Phys. 98, 094903 (2005).
• “Evidence for large configuration-induced energy fluctuations in GaAsN alloys”,
G. Bentoumi, V. Timochevski, N. Madini, M. Côté, R. Leonelli, N. Beaudry,
P. Desjardins et R.A. Masut,
Phys. Rev. B 70, 035315 (2004).
• “Optical and structural properties of InAsP/In(Ga)P multilayers on InP(001):
Strained-layer Multiple quantum well structures and devices”,
M. Beaudoin, P. Desjardins, R.Y.-F. Yip et R.A. Masut,
in InP and Related Compounds, Edited by M.O. Manasreh,
Gordon and Breach Science Publishers, pp. 381-458 (2000).
Recherche
Nous nous intéressons aux propriétés électromagnétiques des matériaux
magnétiques, en accordant une attention particulière aux micro-ondes. Ces
matériaux incluent (sans s’y limiter) les nanofils ferromagnétiques, nanoaggrégats
magnétiques incorporés dans des épicouches de semiconducteur III-V, des
matériaux multiferroiques (Bi 2FeCrO 6 ; Bi 2CoMnO 6), les nanotubes de carbone et
les microfils magnétiques ultra doux. Notre but est d’employer le riche spectre
d’excitations magnétiques de la gamme des micro-ondes, pour adapter la relation
de dispersion de ces nouveaux matériaux à des applications dans des dispositifs
d’information et de communication.
Nous développons présentement une infrastructure complète de caractérisation
des propriétés magnétiques des matériaux aux hautes fréquences, incluant
la spectroscopie de résonnance ferromagnétique et d’ondes de spin,
la spectroscopie de diffusion Brillouin, des stations de sous-pointes en
hyperfréquence et la magnétométrie. Nos thèmes de recherches vont des
questions fondamentales, comme le transport et la dynamique des spins dans des
nanotubes de carbone, aux applications pratiques, comme le développement de
magnétomètres ultra-sensibles et à faible coût pour des applications biologiques.
Publications choisies
• “Epitaxial Bi2FeCrO6 Multiferroic thin films”,
R. Nechache, C. Harnagea, L.-P. Carignan D. Ménard et A. Pignolet,
Phil. Mag. Letters 87, 231 (2007).
• “Static and high frequency magnetic and dielectric properties of
ferrite-ferroelectric composite materials”, S. Kalarickal, D. Ménard, C. Patton,
X. Zhang, L. Sengupta et S. Sengupta,
J. Appl. Phys. 100, 084905 (2006).
• “Progress towards the optimization of the signal-to-noise ratio in giant
magnetoimpedance sensors”, D. Ménard, G. Rudkowska, L. Clime, P. Ciureanu,
A. Yelon, S. Saez, C. Dolabdjian et D. Robbes,
Sensors and Actuators A 129, 6 (2006).
• “Exciton Formation and Annihilation during 1D Impact Excitation of Carbon
Nanotubes”, L. Marty, E. Adam, L. Albert, R. Doyon, D. Ménard et R. Martel,
Phys. Rev. Lett. 96, 13680 (2006).
Affiliations professionnelles
Ordre des Ingénieurs du Québec (OIQ)
American Physics Society (APS)
Mots-clefs
Magnétisme, matériaux magnétiques, résonnance ferromagnétique,
magnétoimpédance géante, métamatériaux magnétiques
Affiliation professionnelle
American Physics Society (APS)
34 | RQMP | membRES
Mots-clefs
Hétérostructures quantiques , hétéroépitaxie, nitrures dilués,
semiconducteurs magnétiques, thermoélectricité

meunier m. mi z.
Recherche
La Chaire de recherche du Canada en micro/nanoingénierie des matériaux par
laser (Niveau I) octroyée au professeur Meunier lui permet de couvrir un large
spectre d’activités de recherche, allant des interactions fondamentales lasermatériaux
au développement de nouveaux procédés. Les lasers interviennent
dans la conception et le traitement de nouveaux matériaux pour les nanotechnologies,
les circuits microélectroniques et optoélectroniques, les microsystèmes
(MEMS) et les appareils biomédicaux. Nous étudions les interactions lasermatériaux
par des mesures in situ et grâce à des simulations par des modèles
récemment développés. Quelques thèmes de recherche sont : (i) Modélisation
des interactions laser-matériaux : compréhension des comportements thermodynamiques
au cours de l’ablation laser des semiconducteurs et des métaux et
de l’explosion de Coulomb suite à un rayonnement laser ultra-rapide intense. (ii)
Procédés par laser pour la microélectronique : développement, caractérisation et
modélisation de nouveaux procédés brevetés pour la microélectronique analogique.
(iii) Procédés laser pour les nanotechnologies : développement de procédés
d’ablation laser en milieu liquide destinés à la production de nanoparticules
stables et pures, de nanoparticules magnétiques et de points quantiques pour des
applications en imagerie biomédicale et en traitement du cancer. (iv) Procédés par
laser pour les microsystèmes (MEMS) : développement de nouveaux processus
par laser ultrarapide pour produire des structures tridimensionnelles appliquées à
la microfluidique. (v) Biocapteurs optiques: approches novatrices par résonnance
de plasmons de surface pour des applications biomédicales.
Publications choisies
• “Fragmentation of colloidal nanoparticles by femtosecond laser-induced
super continuum generation”, S. Besner, A. V. Kabashin et M. Meunier,
Applied Physics Letters 89, 233122 (2006).
• “Ablation of molecular solids by nanosecond laser pulses: The role of initial
confinement”, D. Perrez, P. Lorazo, L. Lewis et M. Meunier,
Applied Physics Letters 89, 141907 (2006).
• “Thermodynamics pathways to melting, ablation and crystallization in
absorbing solids under short-pulse laser irradiation”,
P. Lorazo, L.J. Lewis et M. Meunier,
Phys. Rev. B 73, 134108 (2006).
• “Three-dimensional crystallization inside photosensitive glasses by
femtosecond laser”, B. Fisette, F. Busque, J-Y Degorce et M. Meunier,
Appl. Phys. Lett. 88, 091104 (2006).
• “Stabilization and Size Control of Gold Nanoparticles during Laser Ablation in
Aqueous Cyclodextrins”, J.-P. Sylvestre, A. V. Kabashin, E. Sacher,
M. Meunier et John H. T. Luong,
J. Am. Chem. Soc. 126, 7176 (2004).
Prix et distinctions
2006 : Prix Synergie pour collaboration exceptionnelle université-industrie; CRSNG
2002 : Chaire de recherche du Canada en micro/nanoingénierie des matériaux
par laser (Niveau I)
1989 : Prix d’excellence du directeur; École Polytechnique de Monréal
1984 : Bourse postdoctorale en milieu industriel; CRSNG
1989 to 1999, 2002, 2005, 2008 : Prix “Meritas” de l’École Polytechnique
pour excellence dans l’enseignement
Affiliations professionnelles
SPIE
Optical Society of America (OSA)
Material Research Society (MRS)
Nom : Michel Meunier
Affiliations : Professeur, Département de génie
physique et Programme de génie biomédical; Directeur,
Laboratoire des procédés par laser; Membre,
Groupe polyphotonique et Groupe de recherche
sur la science et la technologie biomédicale, École
Polytechnique de Montréal; Chaire de recherche du
Canada en micro/nanoingénierie des matériaux par
laser Diplôme : Ph.D. Science des matériaux, 1984,
MIT, USA Courriel : michel.meunier@polymtl.ca
Web : http://lpl.phys.polymtl.ca/
Mots-clef
Interactions laser-matière ultrarapides, procédés laser pour les nanotechnologies,
procédés laser pour applications biomédicales, procédés laser pour la
microélectronique, biocapteurs optiques
Nom : Zetian Mi
Affiliations : Professeur adjoint, Département de
génie électrique et informatique et Professeur
associé, Département de physique, Université McGill;
Membre, Institut transdisciplinaire d’informatique
quantique (INTRIQ)
Diplôme : Ph.D. Physique appliquée, 2006,
University of Michigan, USA
Courriel : zetian.mi@mcgill.ca
Web : http://people.mcgill.ca/zetian.mi/
Recherche
Nous synthétisons des nanostructures semiconductrices faisant partie de dispositifs
nanophotoniques comme des lasers à points quantiques, des sources de
photons uniques et des phototransistors terahertz, visant des applications dans les
domaines de haute importance technologique comme les communications, le traitement
quantique de l’information, l’éclairage à l’état solide et l’imagerie médicale.
En manipulant les atomes individuellement lors de la croissance épitaxiale par
faisceau moléculaire, nous développons des nanostructures complexes comme
des points quantiques sans couche de mouillage, des nanofils exempts de catalyseurs,
des nanotubes III-V et des nanomembranes. De telles nanostructures,
où taille, géométrie, densité et propriétés émettrices sont précisément contrôlés,
seront parties intégrantes de la prochaine génération de dispositifs nanométriques.
Nos réalisations récentes dans le domaine des dispositifs nanophotoniques
incluent le premier laser à points quantiques sur Si au monde fonctionnant à
température ambiante, ainsi que les premiers lasers à semiconducteurs opérant
indépendamment de la température ambiante. Afin d’introduire la photonique
au monde CMOS, plus particulièrement pour résoudre les problèmes fondamentaux
d’interconnexion de la technologie actuelle, nous développons des lasers
à nanofils pompés électriquement pouvant être intégrés avec l’électronique
silicium. Enfin, nous poursuivons des travaux de recherche sur les lasers à points
quantiques dans l’infrarouge proche et moyen, et les DELs à points quantiques
émettant dans le spectre visible, pour des applications dans les domaines de
l’imagerie médicale et l’éclairage à l’état solide.
Publications choisies
• “Pseudomorphic and Metamorphic Quantum Dot Heterostructures for Long
Wavelength Lasers on GaAs and Si”, Z. Mi et P. Bhattacharya (Invité)
IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics on Semiconductor
Photonic Materials 14, 1171 (2008).
• “Quantum Dot Optoelectronic Devices”, P. Bhattacharya et Z. Mi (Invité)
Special Issue in Proceedings of the IEEE on Optoelectronic Devices
Based on Quantum Dots 95, 1723 (2007).
• “Enhanced Spontaneous Emission at 1.55 μm from Colloidal PbSe Quantum
Dots in a Si Photonic Crystal Microcavity”, Z. Wu, Z. Mi, P. Bhattacharya,
T. Zhu et J. Xu,
Appl. Phys. Lett. 90, 171105 (2007).
• “Growth and Characteristics of Ultra-low Threshold 1.45 µm Metamorphic InAs
Tunnel Injection Quantum Dot Lasers on GaAs”, Z. Mi, P. Bhattacharya et J. Yang,
Appl. Phys. Lett. 89, 153109 (2006).
• “High-Speed 1.3 µm Tunnel Injection Quantum-Dot Lasers”,
Z. Mi, P. Bhattacharya et S. Fathpour,
Appl. Phys. Lett. 86, 153109 (2005).
Prix et distinctions
2006 : Graduate Student Fellowship Award, IEEE/LEOS
2006 : Third Place Best Student Poster Award au 2 nd Nano-Optoelectronic Workshop
and BaCaTec Summer School of Advances in Photonics, Berkeley, CA
2005 : Outstanding Student Paper Award au 23 rd North American Conference on
Molecular Beam Epitaxy, Santa Barbara, CA
2005 : First Place Best Student Poster Award au 1 st Nano-Optoelectronic Workshop,
Berkeley, CA
2003 : Rackham Graduate Fellowship, University of Michigan
1994 : Pan-Deng Fellowship, Chinese Academy of Sciences
Affiliations professionnelles
Institute of Electrical and Electronics Engineers
SPIE—the International Society for Optical Engineering
Mots-clefs
Nanophotonique, nanomatériaux, épitaxie par faisceau moléculaire,
points quantiques par laser, photonique dans les nanofils
35 | RQMP | membRES

morris d. mousseau n.
36 | RQMP | membRES
Nom : Denis Morris Affiliations : Professeur et directeur,
Département de physique; Membre, Centre de recherche
en nanofabrication et nanocaractérisation (CRN 2 ); Centre
de recherche en génie de l’information (CEGI); Institut
des matériaux et systèmes intelligents (IMSI), Université
de Sherbrooke; Membre, Institut canadien pour les innovations
en photonique (ICIP – réseaux canadiens de centre
d’excellence) et Regroupement « Advanced Laser Light
Sources » (ALLS - FCI) Diplôme : Ph.D. Physique,
1990, Université de Montréal, Canada
Courriel : denis.morris@usherbrooke.ca
Web : www.physique.usherbrooke.ca/~dmorris/
Recherche
Le groupe de recherche du professeur Morris se spécialise dans les techniques
de spectroscopie optique résolues en temps. Ses intérêts touchent principalement
les études fondamentales de nanostructures quantiques en vue d’applications aux
dispositifs optoélectroniques et photoniques.
Ses activités de recherche visent principalement à caractériser et à comprendre
la dynamique des porteurs de charge et les processus optiques ultrarapides
dans des nanostructures quantiques et microstructures semiconductrices. Une
attention particulière est portée notamment à l’influence des modes de cavité
optique, des champs électriques et magnétiques intenses, et de la présence
de pièges en volume ou en surface, sur la dynamique de relaxation et de
recombinaison des porteurs. Ces études sont susceptibles d’avoir un impact
significatif sur le développement de dispositifs novateurs tels photodétecteurs
et diodes électroluminescentes large-bande à boîtes quantiques, détecteurs
de radiation terahertz pulsée, détecteurs de biomolécules, ou dispositifs de
traitement quantique de l’informatique.
Les propriétés optiques et électroniques des nano- et microstructures, et des
échantillons biologiques pouvant être associées à celles-ci, sont caractérisées
à l’aide de divers outils de spectroscopie optique comme la photoluminescence
résolue en temps, l’absorption transitoire, l’échantillonnage électro-optique et la
spectroscopie terahertz dans le domaine temporel. Les mesures optiques pouvant
être réalisées couvrent la gamme spectrale allant du visible à l’infrarouge lointain
avec une résolution temporelle optimale à l’échelle de la femtoseconde.
Publications choisies
• “Electrical Characteristics and Simulation of Self-Switching-Diodes in SOI
Technology”, G. Farhi, E. Saracco, J. Beerens, D. Morris,
S.A. Charlebois et J. P. Raskin,
Solid State Electronics 51, 1245 (2007).
• “Diluted InAs/InP(001) quantum dots grown by molecular beam epitaxy”,
E. Dupuy, N. Pauc, N. Chauvin, G. Patriarche, D. Drouin, C. Bru-Chevallier,
D. Morris et M. Gendry,
14 th European-MBE Workshop, Granada Spain, 5-7 March, 2007.
• “Post growth engineering of InAs/GaAs quantum dots’ band-gap using proton
implantation and annealing”, B. Ilahi, B. Salem, V. Aimez, L. Sfaxi,
H. Maaref et D. Morris,
Nanotechnology 17, 3707 (2006).
• “Toward Photocontrolled Release Using Light-Dissociable Block Copolymer
Micelles”, J. Jiang, X. Tong, D. Morris et Y. Zhao,
Macromolecules 39, 4633 (2006).
• “Terahertz Emission Properties of Arsenic and Oxygen Ion-Implanted GaAs
Based Photoconductive Antennas”, B. Salem, D. Morris, Y. Salissou, V. Aimez,
S. Charlebois, M. Chicoine et F. Schiettekatte,
J. of Vac. Science and Technology A 24, 774 (2006).
Prix et distinctions
1994 : Bourse nouveau chercheur du FCAR
1991 : Bourse postdoctorale du FCAR
Affiliation professionnelle
Association canadienne des physiciens (ACP)
Mots-clefs
Semiconducteur, dispositifs quantiques, laser femtoseconde,
nanostructures et microstructures, spectroscopie optique
Nom : Normand Mousseau
Affiliations : Professeur, Département de physique,
Université de Montréal; Chaire de recherche du
Canada en physique numérique des matériaux
complexes; Membre, Réseau québécois de calcul
de haute performance (RQCHP) et Centre Robert-
Cedergren en bio-informatique; Groupe d’étude
des protéines membranaires
Diplôme : Ph.D. Physique, 1993,
Michigan State University, USA
Courriel : normand.mousseau@umontreal.ca
Web : www.phys.umontreal.ca/~mousseau
Recherche
Les recherches de mon groupe portent sur l’étude des propriétés structurales
et dynamiques des matériaux complexes, comme les matériaux désordonnés,
notamment les semiconducteurs amorphes et verres, les semiconducteurs
paracristallins, les protéines et les systèmes dynamiques. Dans le cadre de
ces études, nous avons développé plusieurs nouveaux algorithmes qui nous
ont permis de faire plusieurs contributions originales et importantes tant en
physique de la matière condensée qu’en biochimie. Ces travaux exigent un
effort numérique important qui est fourni grâce aux infrastructures du Réseau
québécois de calcul de haute performance.
Nous développons plusieurs algorithmes accélérés dont une méthode de Monte
Carlo cinétique au vol, où la table des événements est constamment remise à jour,
permettant d’étudier sur des temps expérimentaux la dynamique atomique de
systèmes dont la complexité évolue dans le temps. Nous travaillons également à
comprendre les relations entre la structure de verres de réseaux (silice, verres de
chalcogénure) et leurs propriétés dynamiques et optiques.
Une grande partie des efforts du groupe se concentre sur l’étude des
mécanismes d’agrégation de protéines associées, entre autres, aux maladies
d’Alzheimer et de Parkinson. Ces études numériques nous ont déjà permis
d’identifier les premières étapes d’agrégation de petits peptides amyloïdes et
nous travaillons présentement à étendre nos calculs à des systèmes beaucoup
plus gros, plus pertinents d’un point de vue expérimental.
Publications choisies
• “The Kinetic Activation-Relaxation Technique: A Powerful Off-lattice On-the-fly
Kinetic Monte Carlo Algorithm”, F. El-Mellouhi, N. Mousseau et L.J. Lewis,
Phys. Rev. B 78, 153202 (2008).
• “Self-organized criticality in the intermediate phase of rigidity percolation”,
M.-A. Brière, M.V. Chubynsky et N. Mousseau,
Phys. Rev. E 75, 056108 (2007).
• “Thermally-activated charge reversibility of gallium vacancies in GaAs”,
Fedwa El-Mellouhi et N. Mousseau,
J. Appl. Phys. 100, 083521 (2006).
• “Aggregating the amyloid Aβ(11−25) peptide into a four β -sheet structure”,
Geneviève Boucher, N. Mousseau et P. Derreumaux,
Proteins 65, 877 (2006).
• “Exploring the early steps of amyloid peptide aggregation by computer”,
N. Mousseau et P. Derreumaux,
Accounts of Chemical Research 38, 885 (2005).
Prix et distinctions
2006 : Professeur invité; Département de physique, Université Fudan,
Shanghai, Chine
2005 : Chercheur invité; Commissariat à l’énergie atomique, Saclay, France
2005 : Professeur invité; Institut de physique théorique, Universteit Utrecht,
Pays-Bas
2004 : Chaire de recherche du Canada en physique numérique des matériaux
complexes (Niveau I)
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens et des physiciennes (ACP)
American Physical Society (APS)
American Chemical Society (ACS)
Mots-clefs
Technique d’activation et de relaxation, matériaux amorphes, semiconducteurs,
protéines amyloïdes, dynamique des protéines

nigam n.
Nom : Nilima Nigam
Affiliations : Professeure adjointe, Département de
mathématiques et statistiques, Université McGill;
Membre, Centre de Recherches Mathématiques –
CRM, Montréal, « Mathematical Analysis Laboratory »
et « Applied Mathematics Laboratory »; Depuis 2008 :
Simon Fraser University, Burnaby, Canada
Diplôme : Ph.D. Mathématiques appliqués, 1999,
University of Delaware, USA
Courriel : nigam@math.sfu.ca
Web : www.math.sfu.ca/~nigam/
Recherche
Notre groupe de recherche en mathématiques appliquées travaille au
développement d’algorithmes rapides et précis pour simuler les phénomènes
biologiques et physiques. Des simulations mathématiques dans des
environnements interdisciplinaires, aux analyses rigoureuses de modèles
mathématiques, les thèmes abordés sont nombreux et trouvent des applications
dans plusieurs domaines comme la science des matériaux, la propagation
d’ondes, l’électromagnétisme et la biologie. Nos modèles mathématiques
sont solidement appuyés par les données expérimentales obtenues de nos
collaborateurs afin d’être représentatifs des phénomènes observés. Les outils
de simulation que nous développons sont ensuite utilisés pour décrire les lois
physiques en jeu, qui à leur tour, ouvriront la voie à des expériences permettant
de vérifier les conclusions prédites par nos modèles.
Publications choisies
• “The nonlinear critical layer for Kelvin modes on a vortex with a continuous
velocity profile”, S.A. Maslowe et N. Nigam,
Siam Journal on Applied Mathematics 68, 825 (2007).
• “A multigrid algorithm for the acoustic single layer equation”, S. Gemmrich,
J. Gopalakrishnan et N. Nigam,
Proceedings of ENUMATH 2007, Springer (Accepted 2007).
• “Innovative Solution of a 2-D Elastic Transmission Problem”, G.C. Hsiao,
N. Nigam et A.M Sandig,
Applicable Analysis 86, 459 (2007).
• “Error Analysis of an Enhanced DtN--FE Method for Exterior Scattering
Problems”, D.P. Nicholls et N. Nigam,
Numerische Mathematik 105, 267 (2006).
• “Mechanism of Psychoactive Drug Action in the Brain: Simulation Modeling
of GABAA Receptor Interactions at Non-Equilibrium”,
S. Qazi. M. Caberlin et N. Nigam,
Current Pharamaceutical Design 13, 1437 (2007).
Prix et distinctions
2007 : Supplément d’accélération à la découverte du CRSNG
2005 : Prix d’excellence du recteur pour l’enseignement; Université McGill
1999 : Bourse d’études postdoctorales industrielles; Institute for Mathematics
and its Applications, University of Minnesota
Affiliations professionnelles
Canadian Mathematics Society
Canadian Applied and Industrial Mathematics Society
Society for Industrial and Applied Mathematics
Association for Women in Mathematics
Mots-clefs
Analyses numériques et appliquées, calcul haute-performance, modélisation
interdisciplinaire, électromagnétique, matériaux
peter y.-a.
Nom : Yves-Alain Peter
Affiliations : Professeur, Département de génie physique;
Directeur scientifique, Laboratoire de microfabrication
(LMF); Membre fondateur du groupe Polyphotonique;
Directeur adjoint, Groupe de recherche en physique
et technologie des couches minces (GCM), École
Polytechnique de Montréal; Membre, Regroupement
stratégique en microsystèmes du Québec (ReSMiQ)
Diplôme : Ph.D. Microtechnologies, 2001,
Université de Neuchâtel, Suisse
Courriel : yves-alain.peter@polymtl.ca
Web : www.polymtl.ca/mems/en/
Recherche
Nous concevons, fabriquons et caractérisons des micro et nano systèmes
accordables destinés à des applications dans plusieurs domaines comme
l’astronomie, les télécommunications, la biologie, l’aéronautique et le biomédical.
Les systèmes microélectromécaniques optiques (OMEMS) sont multidisciplinaires
: l’analyse et la modélisation permettent d’en optimiser les propriétés
optiques, électrostatiques et mécaniques. Ils sont fabriqués par micro et nano
usinage du silicium, par des techniques incluant la déposition de couches
minces et les gravures sèches (plasma) ou humides. L’utilisation de MEMS
en combinaison avec des cristaux photoniques nous permet d’envisager
la fabrication de nouveaux dispositifs nanophotoniques accordables.
Les cristaux photoniques sont aussi à la source de nouveaux développements
tels des filtres optiques accordables destinés à des applications dans le domaine
des télécommunications et de systèmes de navigation spatiale. L’utilisation de
cristaux photoniques bidimensionnels accordables est aussi envisagée pour
améliorer les tests biochimiques de dépistage.
D’autres projets récents incluent la fabrication de micromiroirs déformables
permettant l’observation d’exoplanètes, le développement de microcapteurs
pour contrôler l’état des avions et l’étude de microcavités optiques destinées
aux nouvelles générations de capteurs biochimiques hypersensibles.
Publications choisies
• “Single-Crystal-Silicon Continuous Membrane Deformable Mirror Array for
Adaptive Optics in Space-based Telescopes”, I. W. Jung, Y.-A. Peter, E. Carr,
J.-S. Wang et O. Solgaard,
IEEE J. Select. Topics Quantum Electron 13, 162 (2007).
• “Deformable MEMS grating for wide tunability and high operating speed”,
M. Tormen, Y.-A. Peter et coll.,
Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 8, S337 (2006).
• “Photonic crystal slabs demonstrating strong broadband suppression
of transmission in the presence of disorders”, O. Kilic, S. Kim, W. Suh,
Y.-A. Peter et coll.,
Opt. Lett. 29, 2782 (2004).
• “Micro-optical fiber switch for a large number of interconnects using a
deformable mirror”, Y.-A. Peter et coll.,
IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 301 (2002).
• “Pulsed fiber laser using micro-electro-mechanical (MEM) mirrors”,
Y.-A. Peter et coll.,
Opt. Eng. 38, 636 (1999).
Affiliations professionnelles
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE/LEOS); Membre Senior
Optical Society of America (OSA)
Swiss Physical Society
Mots-clefs
MEMS, NEMS, microfabrication, nanotechnologie, nanophotonique
37 | RQMP | membRES

Poirier M. rochefort a.
Nom : Mario Poirier
Affiliation : Professeur, Département
de physique, Université de Sherbrooke
Diplôme : Ph.D. Physique, 1978,
Université de Montréal, Canada
Courriel : mario.poirier@usherbrooke.ca
Web : www.physique.usherb.ca
Nom : Alain Rochefort
Affiliation : Professeur, Département de génie
physique, École Polytechnique de Montréal
Diplôme : Ph.D. Sciences pétrolières – chimie, 1992,
Université Pierre et Marie Curie, France
Courriel : alain.rochefort@polymtl.ca
Web : http://nanostructures.phys.polymtl.ca
38 | RQMP | membRES
Recherche
Mon groupe s’intéresse au magnétisme et à la supraconductivité dans des
systèmes fortement corrélés. Les matériaux étudiés sont principalement des
conducteurs organiques à caractère uni- et bi-dimensionnels, et des isolants
magnétiques de type RMnO 3.
Nous étudions les propriétés élastiques, magnétiques et électroniques de ces
matériaux à l’aide de deux techniques expérimentales particulièrement bien
adaptées à de tels systèmes : la propagation ultrasonore, vitesse et atténuation,
entre 30 et 500 MHz, et l’absorption hyperfréquence entre 9 et 60 GHz. Nous
disposons d’un cryostat équipé d’un aimant supraconducteur de 18 Tesla, d’un
VTI (variable temperature insert) pour les températures de 2-300 K et d’un
réfrigérateur à dilution entre 0,02 K et 2 K. De plus, des mesures sous pression
hydrostatique pour les ultrasons peuvent être effectuées jusqu’à 12 Kbar grâce à
des cellules utilisant un liquide ou un gaz (hélium).
Notre principal intérêt est la caractérisation du diagramme de phases des
conducteurs organiques 1D de type (TMTSF) 2X et 2D de type κ-(BEDT-TTF) 2X en
vue d’identifier la symétrie du paramètre d’ordre supraconducteur et de préciser
la zone de coexistence avec le magnétisme.
Publications choisies
• “Competition between magnetism and superconductivity in the organic metal
κ-(BEDT-TTF) 2Cu[N(CN) 2]Br”, D. Fournier, M. Poirier et K.D. Truong,
Phys. Rev. B 76, 054509 (2007).
• “Raman study of κ-ET 2Cu[N(CN) 2]Cl at ambient and ~ 300 bars pressures”,
K.D. Truong, S. Jandl et M. Poirier,
Synthetic Metals 157, 252 (2007).
• “First Order Phase Transition in the Frustrated Antiferromagnet CsNiCl 3”,
G. Quirion, X. Han, M.L. Plumer et M. Poirier,
Pys. Rev. Lett. 97, 077202 (2006)
• “Impact of the reduction process o0n the long-range antiferromagnetism in
Nd 1.85Ce 0.15CuO 4”, P. Richard, M. Poirier, S. Jandl et P. Fournier,
Phys. Rev. B 72, 184514 (2005).
• “Landau model for the elastic properties of the quasi-one-dimensional
antiferromagnetic compound CsNiCl 3”, G. Quirion, T. Taylor et M. Poirier,
Phys. Rev. B 72, 094403 (2005).
Prix et distinctions
1983 : Chercheur Boursier Universitaire; CRSNG, Département de Physique,
Université de Sherbrooke
1977 : Bourse postdoctorale; CRSNG, Laboratoire de Spectrométrie Physique,
Université Scientifique et Médicale de Grenoble
Affiliation professionnelle
American Physics Society
Mots-clefs
Supraconductivité, magnétisme, organiques, ultrasoniques, micro-ondes
Recherche
Nous étudions et développons des outils numériques pour caractériser les
propriétés fondamentales (effets quantiques, transport de charge quantique et
structure électronique) des nanomatériaux (points quantiques, fils moléculaires,
nanostructures organométalliques), en particulier les composés organiques
électroactifs.
Nous développons présentement deux méthodes analytiques. La première,
SPAGS-STM (Strongly Parallel Adaptive Grid Solvers – STM), fait partie d’une
nouvelle génération d’outils numériques appliqués à l’imagerie STM en temps
réel. Les efforts du groupe sont consacrés à l’analyse en temps réel de modèles
de très grande taille, et à l’évaluation précise du courant tunnel. De plus, une
nouvelle méthode d’imagerie STM intrusive permettra d’appliquer des déformations
structurales et des modifications chimiques aux matériaux pour
en observer les effets. La seconde méthode en développement intègre les
simulations de cinétiques Monte-Carlo à la technique des courbes de niveau
(Level Set Technique), pour décrire à l’échelle atomique, la croissance de
nanostructures de très grandes tailles.
Nous participons également à des études appliquées portant sur des composés
organiques électroactifs utilisés en électronique, photovoltaïque et catalyse. Plus
particulièrement, nous nous intéressons à l’influence de l’organisation moléculaire
sur la structure électronique et les propriétés de transport, ainsi qu’à la réactivité
et à la configuration de nouvelles nanostructures et systèmes supramoléculaires.
Publications choisies
• “Nanoscale Adaptive Meshing for Rapid STM Imaging”,
S.Bedwani, F. Guibault et A. Rochefort,
Journal of Computational Physics 227, 6720 (2008).
• “Tailoring Electronic and Charge Transport Properties of Molecular π-Stacked
Heterojunctions”, A. Rochefort et P. Boyer,
Applied Physics Letters 89, 092115 (2006).
• “On the Control of Carbon Nanostructures for Hydrogen Storage Applications”,
P. Guay, B. Stansfield et A. Rochefort,
Carbon 42, 2187 (2004).
• “Electronic and Transport Properties of Carbon Nanotube Peapods”,
A. Rochefort,
Physical Review B 67, 115401 (2003).
• “Electrical Switching in π-Resonant 1D Intermolecular Channels”, A. Rochefort,
R. Martel et Ph. Avouris,
Nano Letters 2, 877 (2002).
Prix et distinctions
1999 : Prix de vulgarisation scientifique; ACFAS
Affiliations professionnelles
Ordre des ingénieurs du Québec
American Physics Society
American Chemical Society
Mots-clefs
Matériaux électroactifs, nanostructures organiques, imagerie STM numérique,
methodes numériques hybrides

ROORDA S. RYAN D.
Nom : Sjoerd Roorda
Affiliations : Professeur, Département de physique;
Directeur, Laboratoire de faisceaux d’ions et Groupe
de recherche en physique et technologie des
couches minces, Université de Montréal;
Membre du CE, RQMP
Diplôme : Ph.D. Physique, 1990, Utrecht University,
Pays-Bas
Courriel : sjoerd.roorda@umontreal.ca
Nom : Dominic Ryan
Affiliations : Professeur, Département de physique,
Université McGill; Président, Canadian Institute
for Neutron Scattering
Diplôme : Ph.D. Physique expérimentale, 1986,
Dublin University, Irlande
Courriel : dhryan@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~dominic/
Recherche
Sjoerd Roorda utilise des faisceaux d’ions pour modifier et caractériser les matériaux.
Les modifications sont induites par implantation ionique (addition d’impuretés
telles des dopants électriques ou optiques), irradiation ionique (introduction de
défauts) ou déformation par faisceaux d’ions (déformations macroscopiques de
particules sphériques).
L’irradiation est utilisée pour synthétiser de façon reproductible, des cristaux
de semiconducteurs amorphes très purs, qui sont par la suite caractérisés par
des techniques comme la diffraction de rayons X, la spectroscopie Raman et la
calorimétrie. De façon similaire, il est possible de contrôler la quantité de défauts
introduits dans des cristaux de semiconducteurs et d’étudier le comportement
sous recuit en combinant les techniques de spectroscopie infrarouge,
d’annihilation de positrons et de calorimétrie à balayage différentiel.
Les nanoparticules d’or, incorporées dans la silice et déformées par irradiation à
l’aide d’ions lourds rapides, montrent une bande d’absorption induite par résonance
de plasmons de surface qui est ajustable et dépendante de la polarisation.
Le mécanisme atomique menant à l’élongation de nanoparticules – initialement
sphériques – n’est pas connu et demeure sujet d’intérêt.
Les applications médicales de la modification des matériaux par faisceaux d’ions
incluent l’implantation ionique d’endoprothèses vasculaires (pour les artères
coronaires) et de spirales (pour traiter les anévrismes cérébraux) avec du phosphore-32
radioactif. Le P 32 est un bêta-émetteur pur qui affecte la croissance des
cellules à proximité immédiate de l’endoprothèse implantée dans le patient.
Publications choisies
• “Deformation, alignment and anisotropic optical properties of gold
nanoparticles embedded in silica”, C. Harkati, J.M. Lamarre,
L. Martinu et S. Roorda,
Nucl. Instr. and Meth. B 257, 24 (2007).
• “Ion-implantation and characterization of P-32-radioactive platinum coils
for endovascular treatment of intracranial aneurysms”,
P. Leblanc, J. Raymond et S. Roorda,
Nucl. Instr. and Meth. B 242, 173 (2006).
• “Divacancies in proton irradiated silicon: Comparison of annealing mechanisms
studied with infrared spectroscopy and positron annihilation”,
R. Poirier, V. Avalos, S. Dannefaer, F. Schiettekatte et S. Roorda,
Nucl. Instr. and Meth. B 206, 85 (2003).
• “High-energy X-ray diffraction study of pure amorphous silicon”,
K. Laaziri, S. Kycia, S. Roorda, M. Chicoine, J.L. Robertson,
J. Wang et S.C. Moss,
Phys. Rev. B 60, 13520 (1999).
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physics Society (APS)
Kaiserlich Konigsliche Böhmische Physikalische Gesellschaft
Mots-clefs
Modification des matériaux par faisceau d’ions, matériaux amorphes,
défauts dans les cristaux, semiconducteurs, nanoparticules
Recherche
Nous appliquons des techniques nucléaires à la résolution de problèmes
magnétiques.
Pour ce faire, nous avons élargi le répertoire traditionnel de spectroscopie 57 Fe
Mössbauer conventionnelle pour inclure les neutrons (diffraction, dépolarisation
et réflectométrie polarisée), µ SR, 119 Sn Mössbauer, les spectroscopies Mössbauer
à conversion d’électron à basse température (LT-CEMS), et Mössbauer double
à excitation sélective (SEDM). Nous développons aussi l’utilisation de sources
froides de plus haute énergie de transition Mössbauer comme 197 Au, 170 Yb et 166 Er.
La combinaison des techniques de SEDM et µ SR nous permet d’obtenir des
mesures directes et quantitatives des fluctuations magnétiques près de T xy.
Les infrastructures de calcul haute performance disponibles (Beowulf
computing cluster) complémentent ces travaux par des analyses numériques
rigoureuses.
Nous dirigeons la mise en place d’une infrastructure d’analyse subKelvin par
diffraction de poudres au « Canadian Neutron Beam Centre (CNBC) » de Chalk
River et avec mes étudiants, nous y avons utilisé ce système pour deux projets
d’envergure (Er 3Cu 4X 4 (X = Si, Ge, Sn) et Yb 5Si xGe 4-x ) et y étudions avec nos
collaborateurs italiens, un système monoaimant moléculaire (“Fe-17”) destiné
à obtenir les premières évidences directes d’ordre magnétique à longue portée
dans ces nouveaux matériaux.
Un système Mössbauer subKelvin est en cours d’installation dans notre laboratoire.
Publications choisies
• “Low background single crystal silicon sample holders for neutronpowder
diffraction”, M. Potter, H. Fritzsche, D.H. Ryan et L.M.D. Cranswick,
J. Appl. Cryst. 40, 489 (2007).
• “Anisotropic contributions to the 119 Sn transferred hyperfine fields in
RMn 6Sn 6-xX x (R=Y,Tb,Er; X=In,Ga)”, L.K. Perry, D.H. Ryan et G. Venturini,
Phys. Rev. B 75, 144417 (2007).
• “Phase diagrams of site frustrated Heisenberg models on simple cubic,
bcc and fcc lattices”, A.D. Beath et D.H. Ryan,
Phys. Rev. B 73, 214445 (2006).
• “Valence and magnetic ordering in the Yb 5Si xGe 4-x pseudobinary system”,
C.J. Voyer, D.H. Ryan, K. Ahn, K.A. Gschneidner, Jr. et V.K. Pecharsky,
Phys. Rev. B 73, 174422 (2006).
• “Magnetic fluctuations in Eu 2BaNi 1-xZn xO 5 Haldane systems”, J. van Lierop,
C.J. Voyer, T.N. Shendruk, D.H. Ryan, J.M. Cadogan et L. Cranswick,
Phys. Rev. B 73, 174407 (2006).
Affiliation professionnelle
Association canadienne des physiciens (ACP)
Mots-clefs
Magnétisme, spectroscopie Mössbauer, diffraction de neutrons, frustration,
aimants moléculaires
39 | RQMP | membRES

SACHER E. santato c.
40 | RQMP | membRES
Nom : Edward Sacher
Affiliations : Chercheur, Département de génie
physique, École Polytechnique; Co-directeur/
fondateur : Laboratoire pour l’analyse des surfaces
des matériaux (LASM), École Polytechnique/
Université de Montréal
Diplôme : Ph.D. Chimie-physique, 1960,
Pennsylvania State University, USA
Courriel : edward.sacher@polymtl.ca
Web : www.polymtl.ca/recherche/rc/en/
professeurs/details.php?NoProf=147
Recherche
Notre groupe s’intéresse à la chimie et à la physique aux surfaces et interfaces,
plus particulièrement, aux modifications structurales et aux interactions destinées
à améliorer l’adhérence de couches métalliques à leurs substrats. Les infrastructures
disponibles au Laboratoire d’analyse des surfaces des matériaux (LASM) et
autres laboratoires du RQMP procurent les outils nécessaires pour étudier la nature
des phénomènes de liaison et d’adhésion en jeu. Nos projets récents incluent :
1. La démonstration que la théorie de l’asymétrie de la photoémission de
Doniach-Sunjic ne s’applique pas à la transition de nanoparticules métalliques;
ces résultats ont permis de mieux comprendre les processus d’adhésion de
nanoparticules de Pt sur des substrats à base de carbone, utilisés dans des
piles à combustible.
2. La fonctionnalisation contrôlée de divers substrats à base de carbone; les
résultats obtenus ont permis d’augmenter significativement la charge de
diverses nanoparticules métalliques.
3. La fonctionnalisation de nanoparticules magnétiques destinées au ciblage
de médicaments vers des régions et des organes spécifiques.
Publications choisies
• “X-Ray Photoelectron Spectroscopic Analysis of Pt Nanoparticles on Highly
Oriented Pyrolytic Graphite, Using Symmetric Component Line Shapes”,
G.-X. Zhang, D.-Q. Yang et E. Sacher,
J. Phys. Chem. C 111, 515 (2007).
• “XPS Demonstration of π-π Interaction Between Benzyl Mercaptan and
Multiwalled Carbon Nanotubes, and Their Use in the Adhesion of Platinum
Nanoparticles”, D.-Q. Yang, B. Hennequin et E. Sacher,
Chem. Mater. 18, 5033 (2006).
• “Evidence of the Interaction of Evaporated Pt Nanoparticles with Variously
Treated Surfaces of Highly Oriented Pyrolytic Graphite”,
D.-Q. Yang, G.-X. Zhang, E. Sacher, M. José-Yacamàn et N. Elizondo,
J. Phys. Chem. B 110, 8348 (2006).
• “Room Temperature Air Oxidation of Nanostructured Si Thin Films with
Varying Porosities, as Studied by X-Ray Photoelectron Spectroscopy”,
D.-Q. Yang, M. Meunier et E. Sacher,
J. Appl. Phys. 99, 84315 (2006).
• “Platinum Nanoparticle Interaction with Chemically Modified Highly Oriented
Pyrolytic Graphite Surfaces”, D.-Q. Yang et E. Sacher,
Chem. Mater. 18, 1181 (2006).
Prix et distinctions
2002 : Éditeur, Conference Proceedings, Workshop on Polymer Metallization,
“Polymer Metallization II”, Kluwer, New York
2001 : Chairman, Workshop on Polymer Metallization, Montréal
1998 : Professeur-invité, cours “Surface Analysis”, Department of Materials
Engineering, Technion, Israel
1998 : Wenger Fund Award for study in Israel
1997 : Fellow, IEEE
1996 : Co-chairman, colloque “Surfaces et Interfaces des Matériaux Avancés”,
Neuvième Entretiens Jacques-Cartier, Montréal
1992 : Fellow, Royal Society of Chemistry, London
1991 : Éditeur, Conference Proceedings, International Symposium on the
Metallization of Polymers: ACS Symposium Series, volume 440
1989 : Chairman, International Symposium on the Metallization of Polymers,
Montréal
1985 : Prix d’excellence de l’École Polytechnique
1982, 1983 : Deux bourses AUCC Horizon-le-Monde pour étudier en Europe
1981 : Chairman of the Executive Committee of the IEEE Conference on Electrical
Insulation and Dielectric Phenomena
Mots-clefs
Analyse et réactions de surfaces, biocompatibilité, interaction interraciale,
modifications de surfaces, nanosciences
Recherche
Nous concevons et synthétisons des matériaux électroactifs pour des applications
en électronique organique et en photoélectrochimie.
Nous fabriquons des couches minces organiques semiconductrices à base de
molécules et de polymères, utilisées dans des transistors à effet de champ,
des diodes et des transistors électroluminescents et des photodétecteurs. La
structure des dispositifs dans lesquels sont incorporées ces couches minces
est soigneusement choisie afin que ces dispositifs deviennent eux-mêmes des
outils pour caractériser les matériaux. Nous nous intéressons particulièrement
aux processus physiques ayant lieu aux interfaces métal/semiconducteur ou
diélectrique/semiconducteur comme l’injection et le transport de charges. Des
techniques de microscopie à sonde balayée ainsi que des mesures de diffraction
et de fluorescence nous permettent d’étudier ces phénomènes dès les premières
étapes de la croissance des couches minces.
Nous synthétisons également des couches minces transparentes nanostructurées
à base d’oxides métalliques semiconducteurs par des méthodes « douces » de
dépôt comme le sol-gel ou l’électro-dépôt. Ces couches minces sont utilisées
comme photoélectrodes pour des applications photoélectochimiques et
photocatalytiques, tel que la production d’hydrogène par photoélectrolyse de l’eau
ou encore la photodégradation de polluants organiques. Une attention particulière
est accordée à l’étude de l’influence des propriétés micro- et nano- structurales
des couches (mésoporosité, forme et taille des particules, et connectivité) sur
la photoactivité.
Publications choisies
• “Organic Light Emitting Field Effect transistors: Advances and Perspectives”,
F. Cicoira et C. Santato,
Advanced Functional Materials (Review) 17, 3421 (2007).
• “Synthesis and characterization of polycrystalline Sn and SnO 2 films with wire
morphologies”, C. Santato, C. M. Lopez et K.-S. Choi,
Electrochemistry Communications 9, 1519 (2007).
• “Correlation between morphology and field-effect transistor mobility in
tetracene thin films”, F. Cicoira, C. Santato, F. Dinelli, M. Murgia, M. A. Loi,
F. Biscarini, R. Zamboni, P. Heremans et M. Muccini,
Advanced Functional Materials 15, 375 (2005).
• “Tetracene light-emitting transistors on flexible plastic substrates”, C. Santato,
I. Manunza, A. Bonfiglio, F. Cicoira, P.Cosseddu, R. Zamboni et M. Muccini,
Applied Physics Letters 86, 141106 (2005).
• “Crystallographically oriented mesoporous WO3 films: synthesis,
characterization and applications”, C. Santato, M. Ulmann,
M. Odziemkowski et J. Augustynski,
Journal of the American Chemical Society 123, 10639 (2001).
Prix et distinctions
2006 : Canadian Bureau for International Education Fellowship;
INRS-EMT, Varennes
2001 : Bourse postdoctorale; Fonds national Suisse de la recherche scientifique,
Université de Genève
1995 : Bourse Erasmus; Université de Bologne
Affiliations professionnelles
American Chemical Society
American Physics Society
Materials Research Society
Pan-American Pigment Cell Society
Nom : Clara Santato
Affiliations : Professeure adjointe, Département de
génie physique, École Polytechnique de Montréal;
Chercheure au Conseil national de recherche italien
(ISMN-Bologna)
Diplôme : Ph.D. Chimie, 2001,
Université de Genève, Suisse
Courriel : clara.santato@polymtl.ca
Mots-clefs
Nanoscience, électronique organique, photoélectrochimie,
conversion de l’énergie solaire

Schiettekatte f. sénéchal d.
Nom : François Schiettekatte
Affiliation : Professeur, Département de
physique, Université de Montréal
Diplôme : Ph.D. Science de l’énergie et des
matériaux, 1997, Institut national de recherche
scientifique du Canada
Courriel : francois.schiettekatte@umontreal.ca
Web : www.lps.umontreal.ca/~schiette
Nom : David Sénéchal
Affiliations : Professeur, département de physique,
Université de Sherbrooke; Directeur, Réseau
québécois de calcul de haute performance
(RQCHP); Membre, Comité d’initiative nationale,
Calcul Canada
Diplôme : Ph.D. Physique, 1990,
Cornell University, USA
Courriel : dsenech@gmail.com
Web : www.physique.usherbrooke.ca/senechal
Recherche
Basée dans le laboratoire de faisceaux d’ions de l’Université de Montréal, l’équipe
de François Schiettekatte utilise l’implantation ionique pour synthétiser et modifier
diverses nanostructures. Un intérêt particulier est porté à l’étude de l’évolution du
dommage produit par l’implantation ionique, dommage qui est par ailleurs utilisé,
par exemple, pour modifier des structures quantiques.
Pour ses recherches, l’équipe a notamment développé et continue de perfectionner
la nanocalorimétrie. Cette technique permet la mesure de la chaleur impliquée
dans des réactions ou divers autres processus avec une sensibilité de l’ordre
du nanojoule. La technique est notamment appliquée pour mesurer la chaleur
dégagée à la suite du dommage d’implantation à basse énergie, ainsi que par des
réactions à l’état solide dans des couches minces.
Grâce aux accélérateurs, l’équipe offre aussi à la communauté nanoscientifique
des services et une expertise en analyse par faisceaux d’ions. Des techniques
telles que la spectroscopie par rétrodiffusion Rutherford et la détection de reculs
élastiques permettent en effet de mesurer la distribution en profondeur des
éléments dans les matériaux avec une résolution en profondeur meilleure que
10 nm.
Publications choisies
• “Damage evolution in low-energy-ion implanted silicon”, R. Karmouch,
Y. Anahory, J.-F. Mercure, D. Bouilly, M. Chicoine, G. Bentoumi, R. Leonelli,
Y.Q. Wang et F. Schiettekatte,
Phys. Rev. B 75, 075304 (2007).
• “Drastic ion-implantation-induced intermixing during annealing of
self-assembled InAs/InP(001) quantum dots”, C. Dion, P. Desjardins,
M. Chicoine, F. Schiettekatte, P.J. Poole et S. Raymond,
Nanotechnology 18, 015404 (2007).
• “Structural relaxation of amorphous silicon depends on implantation
temperature”, J.-F. Mercure, R. Karmouch, Y. Anahory, S. Roorda
et F. Schiettekatte,
Phys. Rev. B 71, 134205 (2005).
• “Faceting of Si Nanocrystals Embedded in SiO2”, Y.Q. Wang, R. Smirani,
F. Schiettekatte et G.G. Ross,
Chem. Phys. Lett. 409, 129 (2005).
• “Discrete Periodic Melting Point Observations for Nanostructures Ensembles”,
M.Yu. Efremov, F. Schiettekatte, M. Zhang, E.A. Olson, A. T. Kwan,
R.S. Berry et L.H. Allen,
Phys. Rev. Lett. 85, 3560 (2000).
Prix et distinctions
1998 : Médaille d’or du Gouverneur général du Canada (Programmes de doctorat)
1998 : Prix d’excellence académique du Directeur général de l’INRS (doctorat)
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens
American Physics Society
Mots-clefs
Nanoscience, nanocalorimétrie, implantation ionique, défauts,
analyse par faisceau d’ions
Recherche
Plusieurs matériaux avancés, dont les supraconducteurs à haute température
critique, les supraconducteurs organiques et les matériaux à magnétorésistance
colossale, sont caractérisés par l’importance des interactions résiduelles entre
les électrons. Ceci rend leur étude très difficile par les méthodes conventionnelles
de la physique théorique des solides. Des modèles théoriques comme le modèle
de Hubbard, qui tient compte d’une répulsion coulombienne écrantée en plus de
l’énergie cinétique de bande usuelle, sont utilisés pour décrire ces systèmes mais
les propriétés de ces modèles sont très difficiles à calculer.
Les efforts du groupe du professeur Sénéchal portent sur le développement
et l’application des méthodes dite d’amas quantiques. Ces méthodes visent
à approcher la solution du modèle de Hubbard sur un réseau infini d’atomes
par la solution exacte sur un amas de petite taille (par exemple 16 atomes
ou moins) d’un modèle légèrement différent, mais défini de manière à
optimiser sa correspondance avec le modèle exact sur un réseau infini. Ces
méthodes permettent de décrire le phénomène dit du pseudogap dans des
supraconducteurs à haute température critique, ainsi que la proximité de phases
antiferromagnétiques et supraconductrices dans ces mêmes matériaux. Elles
sont aussi appliquées aux supraconducteurs organiques et à d’autres matériaux à
fortes corrélations électroniques.
Publications choisies
• “Antiferromagnetism and Superconductivity in Layered Organic Conductors:
Variational Cluster Approac”, P. Sahebsara et D. Sénéchal,
Phys. Rev. Lett. 97, 257004 (2006).
• “Pseudogap and high-temperature superconductivity from weak to strong
coupling. Toward quantitative theory”,
A.-M.S. Tremblay, B. Kyung et D. Sénéchal,
Fizika Nizkikh Temperatur (Low Temperature Physics) 32, 561 (2006).
• “Competition between Antiferromagnetism and Superconductivity in High-Tc
Cuprates”, D. Sénéchal, P.-L. Lavertu, M.-A. Marois et A.-M.S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 94, 156404 (2005).
• “Hot Spots and Pseudogaps for Hole- and Electron-Doped High-Temperature
Superconductors”, D. Sénéchal et A.-M.S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 92, 126401 (2004).
Affiliation professionnelle
Association canadienne des physiciennes et physiciens
Mots-clefs
Matériaux quantiques, modèle de Hubbard, supraconductivité,
méthodes numériques, électrons fortement corrélés
41 | RQMP | membRES

silva c. siwick b.
Nom : Carlos Silva
Affiliations : Professeur adjoint, Département de
physique, Université de Montréal; Chaire de recherche
du Canada en optoélectronique moléculaire
Diplôme : Ph.D. Chimie-physique, 1998,
University of Minnesota, USA
Courriel : carlos.silva@umontreal.ca
Web : www.phys.umontreal.ca/~silva/
Nom : Bradley Siwick
Affiliations : Professeur adjoint, Départements de
physique et de chimie, Université McGill; Chaire de
recherche du Canada en science ultra-rapide
Diplôme : Ph.D. Physique, 2004,
Université de Toronto, Canada
Courriel : bradley.siwick@mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~siwick/
42 | RQMP | membRES
Recherche
Les semiconducteurs organiques sont couramment utilisés dans les dispositifs
optoélectroniques comme les transistors à effet de champ, les diodes luminescentes
et les diodes photovoltaïques. Les propriétés électroniques de ces
nouveaux matériaux dépendent de la nature des interactions électroniques
intermoléculaires; la meilleure stratégie pour exercer un contrôle tridimensionnel
de ces interactions est de mettre à profit les forces supramoléculaires lors de
l’auto-assemblage en solution. Cette approche permet d’assembler les molécules
selon des architectures complexes et très bien organisées, stabilisées par des
liens non covalents (interactions coulombiennes et van der Waals), assurant ainsi
une grande mobilité des porteurs.
Le thème central de notre programme de recherche est de comprendre et
d’exploiter le comportement des électrons à l’intérieur de ces nanostructures
semiconductrices auto-assemblées à partir de molécules π-conjuguées et donc,
de mieux comprendre la dynamique des états excités dans les assemblages
supramoléculaires. En combinant les techniques de spectroscopie optique et de
mesures électriques, nous étudions la dynamique des électrons pour établir des
liens directs entre l’architecture de ces dispositifs et les phénomènes intramoléculaires,
et ce, dans des intervalles allant de quelques femtosecondes à quelques
millisecondes. Ce programme nous permettra d’approfondir notre compréhension
générale de l’interdépendance entre la fonction électronique et la structure de
l’architecture supramoléculaire organique.
Publications choisies
• “Role of Intermolecular Coupling in the Photophysics of Disordered Organic
Semiconductors: Aggregate Emission in Regioregular Polythiophene”,
J. Clark, C. Silva, R.H. Friend et F.C. Spano,
Phys. Rev. Lett. 98, 206406 (2007).
• “Supramolecular Electronic Coupling in Chiral Oligothiophene Nanostructures”,
S. Westenhoff, A. Abrusci, W.J. Feast, O. Henze, A.F.M. Kilbinger,
A.P.H.J. Schenning et C. Silva,
Advanced Materials 18, 1281 (2006).
• “Influence of Copolymer Interface Orientation on the Optical Emission of Polymeric
Semiconductor Heterojunctions”, P. Sreearunothai, A.C. Morteani, I. Avilov,
J. Cornil, D. Beljonne, R.H. Friend, R.T. Phillips, C. Silva et L.M. Herz,
Phys. Rev. Lett. 96, 117403 (2006).
• “Electric Field-Induced Transition from Heterojunction to Bulk Charge
Recombination in Bilayer Polymer Light-emitting Diodes”,
A.C. Morteani, P.K.H. Ho, R.H. Friend et C. Silva,
Appl. Phys. Lett. 86, 163501 (2005).
• “Exciton Regeneration at Polymeric Semiconductor Heterojunctions”,
A.C. Morteani, P. Sreearunothai, L.M. Herz, R.H. Friend et C. Silva,
Phys. Rev. Lett. 92, 247402 (2004).
Prix et distinctions
2005 : Chaire de recherche du Canada en optoélectronique moléculaire (Niveau II)
2001 : Advanced Research Fellowship; EPSRC, UK
2001 : Nonstipendiary Research Fellowship; Darwin College, Cambridge
1997 : Overend Award for Outstanding Graduate Research in Physical Chemistry;
University of Minnesota
1996 : Graduate School Doctoral Dissertation Fellowship; University of Minnesota
1994 : John Wertz Award for Outstanding Graduate Research in Chemical Physics;
University of Minnesota
1992 : Fulbright Graduate Fellowship
Affiliations professionnelles
American Physical Society (APS)
American Chemical Society (ACS)
Mots-clefs
Optoélectronique organique, dynamique des excitons et polarons,
spectroscopie ultra rapide, diodes luminescentes, cellules photovoltaïques
Recherche
Nous menons une recherche interdisciplinaire centrée sur l’étude, à l’échelle
atomique, des dynamiques structurales dans les molécules et matériaux. Nos
deux principaux outils de recherche sont la diffraction d’électrons ultra-rapide
(UED) et la spectroscopie ultra-rapide sur plusieurs longueurs d’onde.
La technique d’UED combine des impulsions laser ultra-rapides à des
microscopes électroniques que nous construisons sur mesure, pour mesurer
la structure de la matière avec une résolution temporelle inférieure à 10 -12 s
(échelle temporelle à laquelle les liens chimiques sont formés ou brisés et à
laquelle ont lieu les déplacements atomiques correspondants). Nous développons
une nouvelle source d’électrons qui nous permettra d’outrepasser les limitations
de courant imposées par la technique. Cela rendra alors possible de « filmer »
à l’échelle atomique, les réactions chimiques et les transitions de phase,
fournissant essentiellement l’équivalent expérimental d’une simulation de
dynamique moléculaire.
Nous étudions aussi la dynamique des réactions chimiques par spectroscopie
laser ultra-rapide. En particulier, à l’aide des techniques de spectroscopie
visible et IR-moyen en temps réel, nous étudions les transferts inter- et intramoléculaires
de protons en milieu aqueux. Quoique ces réactions chimiques
soient fondamentales, leurs dynamiques sont très complexes; l’eau jouant un
rôle actif et déterminant comme solvant.
Publications choisies
• “On the Role of Water in Intermolecular Proton Transfer Reactions”,
B. J. Siwick and H. J. Bakker, in “Ultrafast Phenomena XV”,
Springer Series in Chemical Physics 88, P. Corkum, D. Jonas,
R. J. D. Miller et A. M. Weinder eds. (Springer-Verlag, New York, 2007).
• “Ultrafast Electron Microscopy in Material Science, Biology and Chemistry”,
W. E. King, G. H. Campbell, A. M. Frank, B. W. Reed, J. Schmerge, B. J. Siwick,
B. C. Stuart et P. M. Weber,
J. Appl. Phys. 97, 111101 (2005).
• “Characterization of Ultrashort Electron Pulses by Electron-Laser Pulse
Cross-Correlation”, B. J. Siwick, A. A. Green, C. T. Hebeisen et R. J. D. Miller,
Opt. Lett. 30, 1057 (2005).
• “Femtosecond Electron Diffraction Studies of Strongly Driven Structural Phase
Transitions”, B. J. Siwick, J. R. Dwyer, R. E. Jordan et R. J. D. Miller,
Chem. Phys. 299, 285 (2004).
• “An Atomic-Level View of Melting Using Femtosecond Electron Diffraction”,
B. J. Siwick, J. R. Dwyer, R. E. Jordan et R. J. D. Miller,
Science 302, 1382 (page couverture du numéro du 21 nov. 2003).
Prix et distinctions
2006 : Chaire de recherche du Canada en science ultrarapide (Niveau II)
2005 : Prix doctoral; Conseil national de recherche du Canada (CRSNG)
2004 : Bourse post-doctorale; CRSNG
1998 : Bourse d’études supérieures; CRSNG
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physical Society (APS)
American Chemical Society (ACS)
Mots-clefs
Diffraction électronique ultra-rapide, spectroscopie par laser ultra-rapide,
chimie femto seconde, dynamiques des réactions, transitions de phase

sutton m. szkopek t.
Nom : Mark Sutton
Affiliation : Professeur, Département
de physique, Université McGill
Diplôme : Ph.D. Physique, 1981,
Université de Toronto, Canada
Courriel : mark@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~mark
Nom : Thomas Szkopek
Affiliations : Professeur adjoint, Département de
génie électrique et informatique et Professeur
associé, Département de physique, Université
McGill; Membre, Institut transdisciplinaire
d’informatique quantique (INTRIQ)
Diplôme : Ph.D. Génie électrique, 2006,
University of California at Los Angeles, USA
Courriel : thomas.szkopek@ mcgill.ca
Web : www.ece.mcgill.ca/~ts7kop/
Recherche
Ma recherche porte sur l’évolution temporelle des microstructures formées hors
équilibre, et s’appuie principalement sur l’utilisation des techniques de diffraction
de rayon X.
Les propriétés physiques et mécaniques de la plupart des matériaux sont
largement dépendantes de leurs microstructures. En plus du taux de la
détérioration, d’autres propriétés importantes comme la résistance à la traction,
la réactivité chimique et la coercitivité magnétique dépendent essentiellement
de la morphologie de ces structures, dont la taille est généralement inférieure
au micron. Des techniques sophistiquées nous permettent désormais d’adapter
soigneusement les propriétés de plusieurs nouveaux matériaux, souvent
appelés « matériaux de l’ère spatiale », en vue d’applications spécifiques.
Un des grands enjeux de la physique est de comprendre la formation de ces
microstructures et d’apprendre à les caractériser. Les systèmes désordonnés
et hors équilibre incluent des alliages binaires (Ni 3Al utilisé dans les turbines
d’avions), les cristaux directionnels (flocons de neige) et la matière condensée
molle (élastomères), systèmes dans lesquels la nature de la cohérence et
des corrélations n’est pas encore bien comprise. J’utilise les techniques de
diffraction de rayons X, de microdiffraction et de spectroscopie d’intensité
variable (au « Advanced Photon Source », Argonne) pour mesurer l’évolution des
microstructures dans le temps, sous des conditions similaires à celles utilisées
au cours de la mise en forme.
Publications choisies
• “X-Ray Intensity Fluctuation Spectroscopy Studies on Phase-Ordering
Systems”, A. Fluerasu, M. Sutton et E.M. Dufresne,
Phys. Rev. Lett. 94, 055501 (2005).
• “X-ray intensity fluctuation spectroscopy by heterodyne detection”,
F. Livet, F. Bley, F. Ehrburger-Dolle, I. Morfin, E. Geissler et M. Sutton,
J. Synchrotron Rad. 13, 453 (2006).
• “Microstructure of Ferroelectric Domains in BaTiO 3 Observed via X-Ray
Microdiffraction”, M.V. Holt, Kh Hassani et M. Sutton,
Phys. Rev. Lett. 95, 085504 (2005).
• “Aging in a filled polymer: Coherent small angle x-ray and light scattering”,
E. Geissler, A-M. Hecht, C. Rochas, F. Bley, F. Livet et M. Sutton,
Phys. Rev. E 62, 8308 (2000).
• “Using direct illumination CCDs as high-resolution area detectors for x-ray
scattering”, F. Livet, F. Bley, J. Mainville, R. Caudron, S. G. J. Mochrie,
E. Geissler, G. Dolino, D. Abernathy, G. Grübel et M. Sutton,
Nucl. Inst. and Meth. A 451, 596 (2000).
Prix et distinctions
2005 : Professeur Ernest Rutherford; Université McGill
2004 : Professeur W.C. Macdonald; Université McGill
2001 : Médaille Brockhouse; Association canadienne des physiciens
1999 : Killam Fellowship, Conseil canadien des arts
Affiliation professionnelle
Association canadienne des physiciens
Mots-clefs
Diffraction de rayons X, science des matériaux, spectroscopie de corrélation,
mécanique statistique hors équilibre, nanoscience
Recherche
Le groupe de Szkopek développe des nanostructures semiconductrices destinées
à des applications en électronique et en photonique. Tirant avantage à la fois des
techniques de fabrication des semiconducteurs et des nouveaux concepts de
dispositifs, nous abordons des questions fondamentales dans les domaines de la
sécurité, de la télédétection et des télécommunications.
Nous développons présentement une nouvelle classe de photodétecteurs :
des photoconducteurs à gain ultra-élevé basés sur l’intégration de points
quantiques à des transistors nanométriques. Les applications potentielles de
ces nouveaux détecteurs sont nombreuses, allant d’étendre la portée de
réseaux cryptographiques quantiques à des systèmes d’imagerie dans la
bande IR lointain / THz. L’optimisation des matériaux et structures permettra
d’améliorer la sensibilité des détecteurs, et ainsi combler l’écart entre leurs
performances actuelles et les limites physiques fondamentales imposées par
les lois de la mécanique quantique et de l’électromagnétisme. Par ailleurs,
pour améliorer les performances de détecteurs, nous étudions, par résonnance
de plasmon / polariton, la focalisation des radiations à l’intérieur de volumes
nettement plus petits que la longueur d’onde.
Nous étudions également de nouveaux matériaux électroniques. La découverte
récente de l’effet de champ dans le graphène – une monocouche d’atome de
carbone – a stimulé l’intérêt pour l’étude des propriétés de transport dans ce
matériau. Nous étudions les applications potentielles du graphène pour fabriquer
des transistors à ultra haut produit gain-bande passante et faible bruit. Ces
travaux nécessitent la compréhension de l’origine des défauts électroniques dans
les composants à base de graphène. Ces transistors trouveront d’éventuelles
applications dans le secteur des télécommunications, où les propriétés de haute
vitesse et faible bruit sont particulièrement recherchées.
Publications choisies
• “Multiple-multipole simulation of optical nearfields in discrete metal
nanosphere assmblies”, W.-Y. Chien et T. Szkopek,
Opt. Express 16, 1820 (2008).
• “Plasmonic interconnects versus conventional interconnects: a comparison of
latency, crosstalk and energy costs”, J.A. Conway, S. Sahni et T. Szkopek,
Opt. Express 15, 4474 (2007).
• “Threshold error penalty for fault tolerant computation with nearest neighbour
communication”, T. Szkopek, P.O. Boykin, H. Fan, V. Roychowdhury,
E. Yablonovitch, G. Simms, M. Gyure et B. Fong,
IEEE Trans. Nanotech. 5, 42 (2006).
• “Single photo-electron trapping, storage, and detection in a one-electron
quantum dot”, D.S. Rao, T. Szkopek, H.D. Robinson,
E. Yablonovitch et H.W. Jiang,
J. Appl. Phys. 98, 114507 (2005).
• “Novel multimode fiber for narrow-band Bragg gratings”,
T. Szkopek, V. Pasupathy, J.E. Sipe et P.W.E. Smith,
IEEE. J. Sel. Top. Quantum Electron. 7, 425 (2001).
Affiliation professionnelle
American Physics Society
Mots-clefs
Nanoélectronique, nanophotonique, nanofabrication, optoélectronique,
information quantique
43 | RQMP | membRES

taillefer l.
Nom : Louis Taillefer
Affiliations : Professeur, Département de physique,
Université de Sherbrooke; Chaire de recherche du
Canada sur les matériaux quantiques; Directeur,
Programme sur les matériaux quantiques, Institut
canadien de recherches avancées (ICRA)
Diplôme : Ph.D. Physique, 1986,
University of Cambridge, UK
Courriel : louis.taillefer@physique.usherbrooke.ca
Web : www.physique.usherbrooke.ca/taillefer
tremblay a.-m.
Nom : André-Marie Tremblay
Affiliations : M.S.R.C., Professeur, Département de
physique, Université de Sherbrooke; Chaire de
recherche du Canada en physique de la matière
condensée; Membre du programme de matériaux
quantiques de l’Institut canadien de recherches
avancées (ICRA)
Diplôme : Ph.D. Physique, 1978, MIT, Boston, USA
Courriel : tremblay@physique.usherbrooke.ca
Web : www.physique.usherbrooke.ca/tremblay
44 | RQMP | membRES
Recherche
Le groupe du professeur Taillefer sonde le comportement des électrons dans les
nouveaux matériaux. Dans certains de ces matériaux, les électrons collaborent
pour donner lieu au magnétisme et à la supraconductivité, des états de la matière
exploités dans des applications comme le stockage à haute densité à l’aide des
dispositifs de magnétorésistance géante et l’imagerie par résonance magnétique à
l’aide d’aimants supraconducteurs. Le groupe du prof. Taillefer étudie la transmission
de charge et de chaleur dans ces matériaux en les refroidissant à des températures
extrêmes et en les soumettant à de très forts champs magnétiques.
Lorsque la force des interactions électroniques augmente, des comportements
inattendus sont révélés et même, de nouveaux états de la matière. Ainsi, à la surprise
générale, la supraconductivité à haute température a été observée en 1986 dans une
classe d’oxydes connus sous le nom de cuprates. Ces matériaux isolants deviennent
supraconducteurs lorsqu’on retire des électrons; un phénomène qui demeure inexpliqué.
Les cuprates semblent défier la théorie des liquides de Fermi – une des pierres
angulaires de la physique de la matière condensée. Le phénomène des cuprates a
été le sujet de plus de 100 000 articles, et aucun d’entre eux n’a résolu l’énigme.
Un des objectifs principaux du groupe est d’établir si la théorie des liquides de Fermi
ne s’applique effectivement pas aux cuprates et de comprendre pourquoi ceux-ci
sont de si bons supraconducteurs.
Publications choisies
• “Bulk evidence for single-gap s-wave superconductivity in the intercalated
graphite superconductor C 6Yb”, M. Sutherland, N. Doiron-Leyraud, L. Taillefer,
T. Weller, M. Ellerby et S.S. Saxena,
Phys. Rev. Lett. 98, 067003 (2007).
• “Onset of a boson mode at the superconducting critical point of underdoped
YBa 2Cu 3O y”, N. Doiron-Leyraud, M. Sutherland, S.Y. Li, Louis Taillefer, R. Liang,
D.A. Bonn et W.N. Hardy,
Phys. Rev. Lett. 97, 207001 (2006).
• “High-temperature superconductivity: Electrons scatter as they pair”, L. Taillefer,
Nature Physics 2, 810 (2006).
• “Non-vanishing energy scales at the quantum critical point of CeCoIn 5”,
J. Paglione, M.A. Tanatar, D.G. Hawthorn, R.W. Hill, F. Ronning, M. Sutherland,
L. Taillefer et C. Petrovic,
Phys. Rev. Lett. 97, 106606 (2006).
• “Thermal conductivity in the vicinity of the quantum critical endpoint in
Sr 3Ru 2O 7”, F. Ronning, R.W. Hill, M. Sutherland, D.G. Hawthorn, M.A. Tanatar,
J. Paglione, L. Taillefer, M.J. Graf, R.S. Perry, Y. Maeno et A.P. Mackenzie,
Phys. Rev. Lett. 97, 067005 (2006).
Prix et distinctions
2008 : Médaille pour contributions exceptionnelles à la physique;
Association canadienne des physiciens
2007, 2003 : Finaliste « Les 10 découvertes de l’année »; magazine Québec Science
2007 : Fellow; Société royale du Canada
2003 : Prix Marie-Victorin; Gouvernement du Québec
2003 : Médaille Brockhouse; Association canadienne des physiciens
2003 : Fellow; American Physical Society
2002 : Scientifique de l’année; Société Radio-Canada (Les Années-Lumière)
2002 : Chaire de recherche du Canada sur les matériaux quantiques (Niveau I)
1998 : Bourse E.W.R. Steacie; CRSNG
1998 : Médaille Herzberg; Association canadienne des physiciens
1998 : Prix Urgel-Archambault; ACFAS
1993 : Bourse de recherche; Alfred P. Sloan Foundation
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens (ACP)
American Physical Society (APS)
Association francophone pour le savoir (AFCAS)
American Association for the Advancement of Sciences (AAAS)
Mots-clefs
Matériaux quantiques, supraconductivité, transitions de phase quantiques,
très basses températures
Recherche
Nous cherchons à mieux comprendre la mécanique quantique des oxydes
métalliques ou, plus généralement, des systèmes contenant des électrons d ou f.
Leurs comportements fascinants comme la supraconductivité à haute température,
la magnétorésistance géante et les nouveaux types d’états de la matière,
sont promesses de nombreuses applications en électronique moderne. L’étude
de leurs propriétés pose cependant un défi théorique fondamental. Ils ont en
commun a) une très forte anisotropie (uni- ou bi-dimensionnelle), b) d’importants
phénomènes quantiques collectifs, c) des interactions tellement fortes entre les
électrons qu’elles mènent à des phases isolantes paramagnétiques (isolants de
Mott). On regroupe ces matériaux sous le vocable de matériaux quantiques. Nous
employons des méthodes du problème à N-corps (fonctions de Green, dérivées
fonctionnelles,...) et des méthodes de simulation numérique à l’aide des grappes
d’ordinateurs les plus puissantes au Canada, pour développer de nouvelles
théories qui généralisent la théorie des solides décrite dans les manuels. Quelle
est l’origine de la supraconductivité à haute température ? Comment les modes
collectifs peuvent-ils détruire la surface de Fermi ? Comment les interactions
peuvent-elles mener à des situations où un système affiche à la fois des propriétés
isolantes et des propriétés métalliques ? Ce sont des exemples des questions
théoriques et expérimentales qui motivent l’ensemble du programme de cette
chaire de recherche.
Publications choisies
• “Comment on “Spin Correlations in the Paramagnetic Phase and Ring Exchange
in La 2CuO 4”, L. Raymond, G. Albinet et A.-M. S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 97, 049701 (2006).
• “Mott Transition, Antiferromagnetism, and d-wave Superconductivity in
Two-Dimensional Organic Conductors”, B. Kyung et A.-M. S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 97, 046402 (2006).
• “Pseudogap and high-temperature superconductivity from weak
to strong coupling. Toward quantitative theory”, A.-M. S. Tremblay,
B. Kyung et D. Sénéchal,
Low Temperature Physics (Fizika Nizkikh Temperatur) 32, 561 (2006).
• “Competition between Antiferromagnetism and Superconductivity in High Tc
cuprates”, D. Sénéchal, P.-L. Lavertu, M.-A. Marois et A.-M. S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 94, 156404 (2005).
• “Pseudogap and Spin Fluctuations in the Normal State of Electron-Doped
Cuprates”, B. Kyung, V. Hankevych, A.-M. Daré et A.-M. S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 93, 147004 (2004).
Prix et distinctions
2004 : Fellow, Canadian Academy of the Sciences and Humanities (FRSC)
2003 : Prix Urgel-Archambault; ACFAS
2001 : Chaire de recherche du Canada en physique de la matière
condensée (Niveau I)
1991-1999 : Directeur, Centre de recherche en physique du solide;
Université de Sherbrooke
2001 : Prix CAP-CRM en Physique théorique et mathématique
1992 : Killam Fellowship; Conseil canadien des arts
1988 : Membre, Institut canadien de recherches avancées (ICRA)
1987 : Bourse E.W.R. Steacie; CRSNG
1986 : Médaille Herzberg; Association canadienne des physiciens
Affiliations professionnelles
Canadian Association of Physicists (CAP)
American Physical Society (APS)
Mots-clefs
Électrons corrélés, supraconductivité à haute température, approches d’amas
quantiques appliquées à des matériaux corrélés, problèmes à N-corps dans des
oxides de métaux de transition et réseaux optiques

viñals j.
Wertheimer m.r.
Nom : Jorge Viñals
Affiliations : Professeur, Département de physique,
Université McGill; Chaire de recherche du Canada
en matériaux hors d’équilibre
Diplôme : Ph.D. Physique, 1983,
Université de Barcelone, Espagne
Courriel : vinals@physics.mcgill.ca
Web : www.physics.mcgill.ca/~vinals/
Recherche
De nature à la fois théorique et numérique, notre recherche porte sur les
phénomènes hors d’équilibre dans des systèmes étendus ainsi que sur
l’application de la mécanique statistique à la biophysique et aux biomatériaux.
Dans le premier cas, nous étudions les mécanismes de formation et d’évolution
de motifs spatio-temporels à l’intérieur de systèmes conduits hors de l’équilibre,
incluant la transition vers le chaos spatio-temporel dans des systèmes étendus.
Nous nous concentrons sur les systèmes prototypiques et les configurations
expérimentales qui y sont associées, pour aborder les questions fondamentales
des phénomènes non linéaires, ainsi que sur les configurations d’intérêt pour leur
application dans la matière molle, la science et l’ingénierie des matériaux.
Dans le second cas, nous développons une description granulaire des biomolécules,
incluant des modèles simplifiés de protéines, à partir desquels nous
pouvons déduire des modèles de structure à résolution modérée. Ces modèles,
lorsqu’étendus à la caractérisation des interactions protéine-solvants, sont
appliqués à l’ingénierie de nouvelles protéines, aux fonctions prédéterminées.
Publications choisies
• “Grain boundary dynamics in stripe phases of non potential systems”,
Z.-F. Huang et J. Viñals,
Phys. Rev. E 75, 056202 (2007).
• “Stability of parallel/perpendicular domain boundaries in lamellar block
copolymers under oscillatory shear”, Z.-F. Huang et J. Viñals,
J. Rheol. 51, 99 (2007).
• “Unified framework for dislocation-based defect energetics”,
J.M. Rickman, J. Viñals et R. LeSar,
Phil. Mag. A 85, 917 (2005).
• “A phenomenological model of weakly damped Faraday waves and
the associated mean flow”, J.M. Vega, S. Ruediger et J. Viñals,
Phys. Rev. E 70, 046306 (2004).
Prix et distinctions
Chaire de recherche du Canada en matériaux de non-équilibre (Niveau I)
Mots-clefs
Dynamique non linéaire, formation de motifs, phénomènes hors équilibre
Nom : Michael R. Wertheimer
Affiliations : Professeur émérite, Département de
génie physique, École Polytechnique de Montréal;
Co-Éditeur-en-chef, « Plasma Processes and
Polymers », Wiley-VCH, Weinheim, Allemagne
Diplôme : Ph.D. Physique 1967,
Université de Grenoble, France
Courriel : michel.wertheimer@polymtl.ca
Web : www.polymtl.ca/recherche/rc/
professeurs/details.php?NoProf=150&showtab=REC
Recherche
Notre équipe s’intéresse principalement à l’étude des plasmas « froids », à
pression réduite ou atmosphérique. Nous cherchons non seulement à mieux
comprendre ce « quatrième état de la matière » par des méthodes diagnostiques
(par exemple, par spectroscopie d’émission optique) et numériques, mais
également à appliquer les procédés plasma à la science des matériaux avancés.
Un exemple est le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (plasmaassisted
chemical vapor deposition, PECVD) pour fabriquer des couches minces
employées dans les dispositifs électroniques ou photoniques avancés.
Plus récemment, nous avons mis l’accent sur les applications biomédicales de
matériaux organiques fonctionnalisés par plasmas, dont des couches minces
« plasma-polymères » en tant que substrats pour la croissance de cellules vivantes
(le « génie tissulaire »). Ces matériaux, riches en azote, favorisent l’adhésion
de cellules et sont utilisés aussi bien pour revêtir des dispositifs et prothèses
orthopédiques et vasculaires que pour des études fondamentales en biologie
cellulaire. Un exemple digne de mention a été notre découverte que la structure
chimique de ces substrats aminés peut influencer l’expression génétique de
cellules souches mésenchymateuses humaines lors de leur culture.
Publications choisies
• “Nitrogen-Rich Coatings for Promoting Healing Around Stent Grafts
for Endovascular Aneurysm Repair”,
S. Lerouge, A. Major, P.-L. Girard-Lauriault, M.-A. Raymond, P. Laplante,
G. Soulez, F. Mwale, M.R. Wertheimer et M.-J. Hébert,
Biomaterials 28, 1209 (2007).
• “Suppression of Genes Related to Hypertrophy and Osteogenesis in
Committed Human Mesenchymal Stem Cells Cultured on Novel
Nitrogen-rich Plasma Polymer Coatings”, F. Mwale, P.-L. Girard-Lauriault,
H.T. Wang, S. Lerouge, J. Antoniou et M.R. Wertheimer,
Tissue Engineering 12, 2649 (2006).
• “Spectroscopic Diagnostics of Atmospheric Pressure Helium Dielectric Barrier
Discharges in Divergent Fields”, V. Poenariu, M.R. Wertheimer et R. Bartnikas,
Plasma Processes and Polymers 3, 17 (2006).
• “Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) of Nanocrystalline
Silicon Layers on High-Tg Polymer Substrates”, L.A. MacQueen, J. Zikovsky,
G. Dennler, M. Latrèche, G. Czeremuszkin et M.R. Wertheimer,
Plasma Processes and Polymers 3, 58 (2006).
• “A New Encapsulation Solution for Flexible Organic Solar Cells”,
G. Dennler, C. Lungenschmied, H. Neugebauer, N.S. Sariciftci, M. Latrèche,
G. Czeremuszkin et M.R. Wertheimer,
Thin Solid Films 511-512, 349 (2006).
Prix et distinctions
2006 : Professeur émérite; École Polytechnique de Montréal
1996 : Chaire de recherche industrielle, Conseil de Recherches en Sciences
Naturelles et Génie du Canada; CRSNG
1990 : Killam Research Fellow; Conseil canadien des arts
1986 : Fellow, Institute of Electrical and Electronics Engineers; IEEE
Affiliations professionnelles
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
American Physical Society (APS)
Ordre des ingénieurs du Québec (OIQ)
Association canadienne-française pour l’avancement des sciences (ACFAS)
Mots-clefs
Science des plasmas, couches minces, surfaces et interfaces, biomatériaux
45 | RQMP | membRES

wiseman p.w. yelon a.
Nom : Paul W. Wiseman
Affiliations : Professeur adjoint, Département de
physique et Département de chimie, Université
McGill; Membre associé, Centre de recherche sur
le cerveau, le comportement et la neuropsychiatrie
(CRCN), Université Laval
Diplôme : Ph.D. Chimie, 1995,
University of Western Ontario, Canada
Courriel : paul.wiseman@mcgill.ca
Web : http://wiseman-group.mcgill.ca/
Nom : Arthur Yelon
Affiliation : Professeur émérite, Département de
génie physique, École Polytechnique de Montréal
Diplôme : Ph.D. Physique, 1961,
Case Institute of Technology, USA
Courriel : arthur.yelon@polymtl.ca
46 | RQMP | membRES
Recherche
Notre recherche se situe à l’interface entre la physique et les sciences
biologiques. Nous cherchons à mieux comprendre les mécanismes moléculaires
impliqués dans l’adhésion cellulaire (comment les cellules « se collent » les
unes aux autres et s’attachent à un substrat solide) et ceux qui régissent la
dynamique des récepteurs de surfaces responsables de la migration cellulaire.
Ces questions sont abordées grâce à des méthodes d’imagerie par microscopie à
fluorescence combinées à des analyses de fluctuations/corrélations des images.
La microscopie par corrélation d’images permet de visualiser le transport des
protéines et leurs interactions dans des cellules vivantes et neurones, et d’en
déduire des cartes vectorielles de leurs déplacements intracellulaires.
Nous nous intéressons aussi au développement de nouvelles méthodes d’analyse
biophysique comme la microscopie par génération de troisième harmonique
(THG) et l’utilisation de boîtes quantiques bioconjuguées comme marqueurs
luminescents pour des applications en imagerie biophysique de cellules vivantes
et de neurones. D’autres projets impliquent l’utilisation d’un nouveau microscope
combinant la microscopie de force atomique (AFM) et la microscopie par
fluorescence en réflexion totale interne (TIRF), construit en collaboration avec
le prof. P. Grütter du département de physique de McGill.
Publications choisies
• “Detection and correction of blinking bias in image correlation transport
measurements of quantum dot tagged macromolecules”, N. Durisic, A. I. Bachir,
D. L. Kolin, B. Hebert, B. C. Lagerholm, P. Grutter et P. W. Wiseman,
Biophysical Journal 93, 1338 (2007).
• “Probing the integrin-actin linkage using high resolution protein velocity
mapping”. C. M. Brown, B. Hebert, D. L. Kolin, J. Zareno, L. Whitmore,
A. R. Horwitz et P. W. Wiseman,
Journal of Cell Science 119, 5204 (2006).
• “k-Space image correlation spectroscopy (kICS): A method for accurate
transport measurements independent of fluorophore photophysics”,
D. L. Kolin, D. Ronis et P. W. Wiseman,
Biophysical Journal 91, 3061 (2006).
• “Characterization of Blinking Dynamics in Quantum Dot Ensembles using Image
Correlation Spectroscopy”, A. Bachir, N. Durisic, B. Hebert,
P. Grutter et P. W. Wiseman,
Journal of Applied Physics 99, 064503 (2006).
• “Spatio temporal image correlation spectroscopy (STICS): Theory, verification
and application to protein velocity mapping in living CHO cells”,
B. Hebert, S. Costantino et P. W. Wiseman,
Biophysical Journal 88, 3601 (2005).
Prix et distinctions
2007 : Prix Leo Yaffe pour excellence en enseignement; Université McGill
2007 : Prix d’accélération à la découverte; CRSNG
2005 : Young Fluorescence Investigator Research Award; Biophysical Society
Affiliations professionnelles
Biophysical Society
SPIE
Mots-clefs
Biophysique, chimie biophysique, boîtes quantiques,
méthodes de corrélation d’images, microscopie non linéaire
Recherche
Nous nous intéressons aux couches minces et surfaces et plus particulièrement,
au phénomène de résonnance ferromagnétique (RFM) dans les matériaux
magnétiques. Notre programme de recherche sur la magnétoimpédence géante
(MIG) a débuté en 1994 avec la synthèse de fils magnétiques amorphes, idéaux
pour ce genre d’étude et pour des applications comme détecteurs. En nous
basant sur des travaux précédents en RFM, et en intégrant résultats théoriques
et expérimentaux, nous avons développé des modèles que nous appliquons
maintenant à l’étude des effets non linéaires et au bruit dans la MIG.
Nous avons utilisé la méthode des courbes de renversement du 1 e ordre
(« FORC diagrams ») pour étudier le comportement statique de réseaux de
nanofils dans un même matériau, contribuant à l’avancement de cette méthode.
Le comportement haute fréquence de ces réseaux de nanofils, ou metamatériaux
est important pour les applications en micro-ondes. La poursuite de nos travaux
sur l’instabilité structurale dans le a-Si:H et sur la simulation de temps de vol des
porteurs dans ces matériaux, nous a menés à considérer les processus activés et
la règle de Meyer-Neldel. Chefs de file dans ce domaine, nous avons établi que
les mécanismes d’entropie multi-excitation sont à la base de cette règle et en
avons développé les implications.
Publications choisies
• “Reversible and quasireversible information in first-order reversal
curve diagrams”, F. Béron, L. Clime, M. Ciureanu, D. Ménard,
R.W. Cochrane et A. Yelon,
J. Appl. Phys. 101, 09J107 (2007).
• “Second harmonic of nonlinear magnetoimpedance in amorphous magnetic
wires with helical anisotropy”, D. Seddaoui, D. Ménard, P. Ciureanu et A. Yelon,
J. Appl. Phys. 101, 0903907 (2007).
• “Multi-excitation entropy: its role in thermodynamics and kinetics”,
A. Yelon, B. Movaghar et R.S. Crandall,
Rep. Prog. Phys. 69, 1145 (2006).
• “Magnetostatic interactions in dense nanowire arrays”,
L. Clime, P. Ciureanu et A. Yelon,
J. Magnetism Magnet. Mater. 297, 60 (2006).
• “Surface plasmons in Drude metals”, A. Yelon, K.N. Piyakis et E. Sacher,
Surf. Sci. 569, 47 (2004).
Prix et distinctions
Professeur émérite; École Polytechnique, Montréal
Life Fellow; Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)
Affiliations professionnelles
Association canadienne des physiciens
American Physical Society
Institute of Electrical and Electronic Engineers
Materials Research Society
Americam Vacuum Society
American Association of Physics Teachers
Electrochemical Society
Mots-clefs
Magnétisme, microfils et nanofils, entropie de multiexcitation,
surfaces, détecteurs

projets de recherche
Électronique et photonique des matériaux nanostructurés
48 Dynamique électronique dans les semiconducteurs supramoléculaires
49 Spectroscopie térahertz et applications à la caractérisation des propriétés électroniques ou diélectriques de matériaux de pointe
50 Ingénierie de la bande interdite de semiconducteurs III-V induite par laser
51 Caractérisation de systèmes moléculaires : étude des surfaces par l’intégration des techniques de microscopie
à effet tunnel, à force atomique et à champ ionique
52 Conception d’un dispositif unimoléculaire : principes et perspectives
53 Mémoire non-volatile basée sur un piège à électron
Magnétisme des matériaux et des systèmes
54 Matériaux magnétocaloriques : théorie et expérience
55 Réseaux de nanofils ferromagnétiques pour les dispositifs hyperfréquences
Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
56 Cristaux d’électrons et de skyrmions dans le graphène
57 Optique quantique et traitement de l’information quantique dans des circuits supraconducteurs
58 Étude théorique de systèmes électromécaniques
59 Détection résistive de RMN dans les états Hall quantiques
60 Manipulation optique et lecture résistive de spins nucléaires de GaAs
61 Propriétés élastiques de supraconducteurs organiques quasi-1D et -2D
62 Étude de l’émission coopérative Y 2SiO 5 dopé à l’ytterbium
63 Supraconductivité, antiferromagnétisme et nouveaux états de la matière dans les matériaux corrélés
64 Dynamique de vortex dans les supraconducteurs
65 Structure électronique nanoscopique de systèmes d’électrons fortement corrélés
66 Désordre dans les systèmes électroniques à deux dimensions
67 Exploration de la surface de Fermi des cuprates supraconducteurs à haute température critique
68 Biosenseur à base de semiconducteur quantique
69 Rôle de la reconstruction de la surface de Fermi dans les supraconducteurs à haute température
70 Fuite thermique dans des systèmes de boîtes quantiques auto-assemblées
71 Étude de la structure électronique de points quantiques isolés par microscopie à force électrostatique à 4,5 K
72 Microscope à balayage de sonde à très basse température
Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
73 Dispersion réglée de nanoparticules métalliques sur les nanotubes de carbone,
à partir d’une compréhension de leurs interactions interfaciales
74 Diffraction électronique femtoseconde : filmer molécules et matériaux à l’échelle atomique
75 Structure du silicium amorphe — défauts, ordre local et relaxation
76 Viscoélasticité des élastomères
77 Synthèse « verte » de nanoparticules non-toxiques par laser pour des applications biomédicales
78 Réalisation de diodes électroluminescentes bleues et UV, à haut rapport Lumen/Watt,
à base d’hétérostructures d’AlGaN/GaN, par procédé de gravure sèche au plasma inductif
79 AFM pour les sciences biologiques : neurones, cellules de muscle lisse et points quantiques clignotants
80 Capteurs biochimiques micromécaniques
81 Formation de patrons hors de l’équilibre
82 Impression des papiers à forte teneur en minéraux
Propriétés technologiques des matériaux
83 Siliciures et germaniures pour les circuits électroniques de prochaine génération :
nouveaux mécanismes de réactions et évolution de la texture cristalline
84 Imagerie Doppler par tomographie en optique cohérente : applications médicales et en microfluidique
85 Un micro-accéléromètre pour contrôler l’état de la structure des aéronefs
86 Revêtements de pointe résistants à l’érosion et à la tribo-corrosion
87 Filtres optiques interférentiels nanostructurés
88 Ingénierie d’interface pour des applications biomédicales

Dynamique électronique dans les
semiconducteurs supramoléculaires
Chercheur : Carlos Silva
Collaborateur : Albert Schenning (Technical University Eindhoven)
Étudiants : Jean-François Glowe et Françoise Provencher
Contact : Carlos Silva; carlos.silva@umontreal.ca; www.phys.umontreal.ca/~silva/
Nous cherchons à tracer un portrait détaillé de la dynamique électronique dans des nanostructures de
semiconducteurs supramoléculaires en utilisant des méthodes de spectroscopie possédant une résolution
temporelle de l’ordre de la femtoseconde et qui recouvre plusieurs décades de temps.
48 | RQMP | projets | Électronique et photonique des matériaux nanostructurés
En électronique supramoléculaire, des architectures com plexes
sont bâties à l’aide de « briques » moléculaires dans le but de
moduler les propriétés électroniques de composantes électroniques
actives, destinées à des applications précises. Nous
visons ainsi la fabrication d’écrans, de cellules solaires et
autres dispositifs électroniques synthétisés essentiellement à
base de plastiques. L’utilité de ces semiconducteurs organiques
dépendra cependant de notre capacité à contrôler les
interactions entre des molécules et de synthétiser des structures
intermoléculaires bien définies. Par exemple, nous savons
que l’efficacité du transport de charge est améliorée lorsque les
molécules adoptent une conformation ordonnée où les interactions
moléculaires sont orientées de façon parallèle à la direction
du transport. Nos objectifs sont de mesurer en temps réel
les processus qui affectent les propriétés des assemblages,
et influenceront ainsi leurs applications. La compréhension
des processus électroniques dans ces matériaux nouveaux et
excitants sera essentielle non seulement au développement de
l’électronique organique, mais aura également de profondes
implications dans d’autres domaines de la science. Par exemple,
nous développons des comparaisons avec le captage de
la lumière lors de la photosynthèse et le transport de charges
dans l’ADN.
Un tel projet exige la concertation des efforts de chimistes et
de physiciens qui conçoivent, synthétisent et caractérisent des
matériaux nouveaux pour des applications électroniques et
s’inscrit à point dans une problématique plus globale qui vise
à mieux définir la corrélation entre la structure et la dynamique
électronique.
Un dérivé de sexithiophène fonctionnalisé ( n = 6 ) qui forme un empilement chiral
supramoléculaire. L’intensité relative de la photoluminescence est tracée en fonction
du temps. La décroissance est ajustée par une fonction exponentielle ( t = 5
ns ) à temps courts (bleu) et par une exponentielle étirée ( t = 77 ns, b = 0.5) à
temps plus longs (rouge).
Dynamique d’absorption transitoire de cristaux moléculaires de perylène-EPPTC,
dont la structure moléculaire est montrée en insertion. La longueur d’onde de l’impulsion
pompe est 490 nm, tandis que la sonde est à 630 nm. La sonde est polarisée
parallèlement (rouge) ou perpendiculairement (noir) à la pompe. Insertion :
photo de microscopie en lumière polarisée montrant la structure cristalline.
Nous abordons ce programme par des méthodologies spectroscopiques,
complémentées par des mesures électriques.
Les avantages de l’approche spectroscopique sont : 1) la
spectroscopie optique permet de sonder les processus électroniques
sans électrodes, et 2) il n’existe aucun autre moyen
d’interroger la dynamique électronique sur toutes les échelles
de temps d’intérêt directement dans le domaine temporel. La
relation est faite entre la dynamique électronique qui a lieu
lorsque qu’on place des nanostructures entre des électrodes
(échelle de temps supérieure à la milliseconde) et celle qui
est importante à des dimensions moléculaires (échelle de la
picoseconde ou plus rapidement). Cette approche combinée
fournit ainsi des informations complémentaires sur la cinétique
des espèces intermédiaires absorbantes et luminescentes
sur des échelles de temps allant des femtosecondes aux
millisecondes.
Références
• “Role of Intermolecular Coupling in the Photophysics of Disordered Organic
Semiconductors: Aggregate Emission in Regioregular Polythiophene”,
J. Clark, C. Silva, R.H. Friend et F.C. Spano,
Phys. Rev. Lett. 98, 206406 (2007).
• “Supramolecular Electronic Coupling in Chiral Oligothiophene Nanostructures”,
S. Westenhoff, A. Abrusci, W.J. Feast, O. Henze, A.F.M. Kilbinger,
A.P.H.J. Schenning et C. Silva,
Adv. Mater. 18, 1281 (2006).
• “Exciton Regeneration at Polymeric Semiconductor Heterojunctions”,
A.C. Morteani, P. Sreearunothai, L.M. Herz, R.H. Friend et C. Silva,
Phys. Rev. Lett. 92, 247402 (2004).

Spectroscopie térahertz et applications à la caractérisation des
propriétés électroniques ou diélectriques de matériaux de pointe
Chercheurs : Denis Morris, Daniel Houde, Serge Charlebois, Patrick Fournier, Vincent Aimez, François Schiettekatte,
Carlos Silva, Richard Martel et Martin Chicoine
Collaborateurs : Alain Cornet et Isabelle Huynen (UCL-Belgique); S. Dodge (Simon-Fraser); Tobias Hertel (U. Vanderbilt, Nashville, TN, USA)
Étudiants : Jean-François Allard, Stéphane Savard, Françoise Provencher et François Meunier
Contact : Denis Morris; denis.morris@usherbrooke.ca; www.physique.usherbrooke.ca/morris/
Au cours des trois dernières années nous avons développé au sein du RQMP des émetteurs
et détecteurs de radiation térahertz pulsée qui ont permis de mettre en place des montages
performants de spectroscopie dans le domaine temporel (régime impulsionnel). Des mesures
des propriétés diélectriques en haute fréquence (0.1 à 3 THz) de couches polymériques ont déjà
été obtenues à l’aide d’un de ces montages. Des études des propriétés électroniques résolues
en temps de divers matériaux de pointe sont en cours. On cherche également à tirer profit des
propriétés de ces matériaux pour l’amélioration des caractéristiques des dispositifs THz (émetteurs,
détecteurs, et guide d’ondes).
La figure ci-dessous illustre le schéma d’un montage de spectroscopie
térahertz dans le domaine temporel. Le principe de la
technique consiste à mesurer dans le domaine temporel l’amplitude
du paquet d’ondes THz transmis à travers un échantillon
test. Le spectre du signal reçu peut alors est obtenu par
transformée de Fourier du signal temporel mesuré. Ce spectre
peut être comparé à celui obtenu pour un échantillon de référence.
Le ratio de ces spectres permet d’extraire les propriétés
diélectriques de cet échantillon. Cette technique trouve de
nombreuses applications dans les domaines des composants
HF, de la pharmacologie et du biomédical.
Une meilleure compréhension des propriétés électroniques
de ces matériaux peut par ailleurs mener au développement
de dispositifs photoniques et électroniques novateurs. On
s’intéresse en particulier à l’amélioration des caractéristiques
d’émetteurs THz ainsi qu’à la réalisation de filtres actifs et guide
d’ondes dans la gamme du térahertz. Ces dispositifs peuvent
être fabriqués au sein des infrastructures majeures centrales
(financées par NanoQuébec) du regroupement. Les projets
impliquent également des collaborations avec des chercheurs
universitaires au Canada, en Belgique, et aux États-Unis. Le
Centre de R&D de la défense canadienne à ValCartier et l’Institut
national d’optique à Québec, participent à quelques-uns de
nos projets et sont vivement intéressés aux retombées potentielles
des projets en cours dans le domaine du térahertz.
Montage de spectroscopie THz.
On peut aussi étudier la photoconductivité résolue en temps
de divers matériaux en ajoutant au montage THz (décrit plus
haut) un faisceau de pompe supplémentaire et une seconde
ligne à délai, qui permettent un contrôle sur l’instant d’arrivée
des impulsions d’excitation optique sur l’échantillon test. Cette
technique permet donc d’aborder des études fondamentales
des propriétés électroniques de matériaux de pointe, tels les
supraconducteurs à haute température critique, les nanostructures
semi-conductrices, les polymères organiques, et les
nanotubes de carbone. Tous ces matériaux sont présentement
fabriqués au sein des laboratoires des chercheurs du RQMP et
font l’objet de multiples travaux de recherche.
Références
• “Terahertz Emission Properties of Arsenic and Oxygen Ion-Implanted GaAs Based
Photoconductive Antennas”, B. Salem, D. Morris, Y. Salissou, V. Aimez,
S. Charlebois, M. Chicoine et F. Schiettekatte,
J. of Vac. Science and Technology A 24, 774 (2006).
• “Ultrafast Dynamics of Delocalized and Localized Electrons in Carbon Nanotubes”,
L. Perfetti, T. Kampfrath, F. Schapper, A. Hagen, T. Hertel, C.M. Aguirre, P.
Desjardins, R. Martel, C. Frischkorn et M. Wolf,
Phys. Rev. Lett. 96, 027401 (2006).
• “High-frequency dielectric properties measurements of polymeric films using
time-domain terahertz spectroscopy”, J.F. Allard et coll,
Thirteenth Canadian Semiconductor Conference – CSTC, Montreal,
14-17 août (2007).
49 | RQMP | projets

Ingénierie de la bande interdite de semiconducteurs III-V
induite par laser
Chercheurs : Jan J. Dubowski, Vincent Aimez et Richard Arès
Collaborateurs : Robin Williams et Zbig Wasilewski (IMS-NRC Canada)
Étudiants : Alex Voznyy, Jonathan Genest, Radoslaw Stanowski et Romain Beal
Contact : Jan J. Dubowski; jan.j.dubowski@usherbrooke.ca; www.gel.usherbrooke.ca/crn2/pages_personnel/dubowski/accueil_en.htm
L’objectif de ces travaux est d’étudier à la fois les aspects fondamentaux et appliqués de procédés
basés sur l’utilisation de lasers pour l’interdiffusion de puits et de boîtes quantiques ayant le potentiel
de mener à la fabrication de composants photoniques monolithiques complexes à bas coût, ce qui
n’est pas réalisable par des techniques de micro-nanofabrication conventionnelles.
50 | RQMP | projets | Électronique et photonique des matériaux nanostructurés
Le contrôle local du gap d’hétérostructures est le sujet de
nombreux travaux étant donné le fort impact de telles approches
pour la réalisation de composants photoniques intégrés
complexes. La difficulté est de développer des procédés de
fabrication rentables. En ce qui concerne les structures à
puits et à boîtes quantiques (PQ,BQ), l’interdiffusion contrôlée
spatialement des PQ,BQ avec les matériaux constituant
les barrières, la technique d’interdiffusion de boîtes et de puits
quantiques (IBQ,IPQ), est l’une des voies possibles pour réaliser
de tels composants à bas coût. Cette technique qui permet
de contrôler la longueur d’onde d’émission est particulièrement
intéressante, car elle ouvre la voie à des applications dans le
domaine d’émission contrôlée de photons, de photo-détection
et de génération de photocourant (cellules solaires).
Les lasers sont d’excellents outils pour la modification postcroissance
épitaxiale de matériaux, grâce à leur capacité à
modifier les propriétés de surface ou de température des
matériaux de manière localisée. Le succès d’une telle approche
dépend de notre compréhension des phénomènes fondamentaux
régissant les interactions laser-matière. Au laboratoire
de semiconducteurs quantiques et nanotechnologies laser de
l’université de Sherbrooke, nous développons l’IPQ/IBQ en
utilisant des lasers excimères (UV-IPQ) et le recuit rapide par
laser infrarouge (Laser-RTA, pour rapid thermal annealing). La
figure 1 illustre un exemple d’hétérostructure InGaAs/InGaAsP
à puits quantiques après irradiation sélective avec un laser
excimère 193 nm et un recuit rapide à 725 ° C pour 120 sec.
Des décalages en longueur d’onde vers le bleu de plus de
100 nm peuvent être obtenus par cette approche.
Figure 1. Carte de photoluminescence d’un échantillon à puits quantique
d’InGaAs/InGaAsP avec une série de sites émettant à différentes longueurs d’onde
réalisé par la technique UV-IPQ [J. Genest, Thèse de doctorat].
Figure 2. Spectres d’émission de lasers multi-longueurs d’onde intégrés monolithiquement
(composant de 2 mm de longueur) fabriqués avec la technique Laser-RTA.
La figure 2 illustre une série de spectres d’émission issus de
lasers multi-longueurs d’onde intégrés monolithiquement,
fabriqués avec la technique Laser-RTA.
Des travaux de modélisation ont démontré que la technique
Laser-RTA à le potentiel de générer d’importants décalages en
longueur d’onde vers le bleu avec une résolution spatiale de
l’ordre de micromètres. Ainsi, cette approche à une seule étape
est particulièrement attrayante pour le contrôle en longueur
d’onde de boîtes quantiques uniques, ou d’un ensemble de
boîtes sur des substrats nanostructurés. La technique Laser
RTA est à l’étude avec une variété de sources laser continues
(405, 473, 532, 980, 1064 et 1060 nm) qui, selon l’hétérostructure
étudiée, peuvent être utilisées individuellement ou en
tandem. Le laser 405 nm utilisé dans cette étude a été financé
par le RQMP.
Références
• “Suppressed intermixing in InAlGaAs/AlGaAs/GaAs and AlGaAs/GaAs quantum well
heterostructures irradiated with a KrF excimer laser”,
J. Genest, J.J. Dubowski et V. Aimez,
Appl. Phys. A 89, 423 (2007).
• “Multibandgap quantum well wafers by IR laser quantum well intermixing:
simulation of the lateral resolution of the process”,
O. Voznyy, R. Stanowski et J.J. Dubowski,
J. Laser Micro/Nanoengineering 1, 48 (2006).
• “Laser-induced selective area tuning of GaAs/AlGaAs quantum well
microstructures for two color IR detector operation”, J.J. Dubowski, C.Y. Song,
J. Lefebvre, Z. Wasilewski, G. Ares et H.C. Liu,
J. Vac. Sci. Tech. A 22, 887 (2004).

Caractérisation de systèmes moléculaires :
étude des surfaces par l’intégration des techniques de microscopie à effet tunnel, à force atomique et à champ ionique
Chercheurs : Peter Grütter, Yoichi Miahara et Hong Guo
Collaborateurs : U. Dürig (IBM); W. Hofer (Liverpool); G. Cross (Trinity College); A. Schirmeisen (Muenster)
Étudiants : Mehdi El Ouali et Till Hagedorn
Contact : Peter Grütter; peter@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/spm
Ce projet comporte trois aspects : la formation des contacts à l’échelle atomique, la nanoindentation,
et l’approfondissement de notre compréhension des mécanismes de contraste en
microscopie à effet tunnel et microscopie à force atomique (STM/AFM).
Nous avons fabriqué un instrument qui combine les techniques
de microscopie à effet tunnel (Scanning Tunneling
Microscope – STM), de microscopie à force atomique (Atomic
Force Microscopy – AFM) et de microscopie à champ ionique
(Field Ion Microscope – FIM) afin d’étudier les interactions
mécaniques et électroniques de systèmes caractérisés
à l’échelle atomique.
supérieur. La pointe est amenée de 16 angströms jusqu’au
contact, enfoncée de 2 angströms, puis retirée; le cycle est
répété. Le courant (bleu) et la force (rouge) fournissent l’information
sur la formation du contact [2].
Nous avons récemment démontré comment utiliser la FIM pour
visualiser et reconstruire la structure atomique d’une pointe de
STM. Une séquence d’images FIM est présentée à la figure 1.
L’application d’impulsions de tension nous permet de modifier
la structure de la pointe, un atome à la fois ! Cette pointe, fabriquée
sur mesure, servira par la suite à caractériser des surfaces
par STM ou AFM, avec une résolution atomique.
Figure 1. La FIM fournit des données précises sur la pointe du STM qui nous
permettent d’en modifier la structure. Les points clairs représentent des atomes
individuels de tungstène.
Nous nous intéressons particulièrement à l’électronique moléculaire,
une nouvelle discipline de la physique qui vise à observer,
mesurer et utiliser les phénomènes de transport quantique
à l’échelle moléculaire. Comprendre les effets du transport
quantique dans les nanostructures et les molécules est non
seulement essentiel à pousser la science fondamentale, mais
aussi, à développer les technologies de l’information. En
effet, plus les dispositifs électroniques sont miniaturisés, plus
leurs propriétés de transport dépendent d’effets quantiques.
Cependant, peu de techniques expérimentales nous permettent
de mesurer les propriétés de transport électronique avec
une résolution atomique. Par exemple, la technique de jonction
de ruptures est peu précise pour des détails essentiels
comme la position des liens ou l’orientation moléculaire; de
plus, le nombre d’atomes n’y est pas contrôlé. Or, les calculs
théoriques démontrent que les propriétés de transport dépendent
largement des caractéristiques aux contacts.
La figure 2 illustre la formation d’un contact entre une pointe
de trois atomes et une surface d’or (111). La force et le courant
sont mesurés simultanément en fonction de la distance séparant
la pointe de l’échantillon, indiquée sur l’axe horizontal
Figure 2. Mesure simultanée de la force et du courant au cours de cycles de
rapprochement et d’éloignement entre pointe et échantillon.
La nano-indentation nous renseigne précisément sur la formation
de bris et de dislocations dans les métaux. Or, notre pointe
de trois atomes est à ce jour le plus petit et le mieux défini
des nano-indenteurs [3], et nous permettra d’aborder plusieurs
questions fondamentales : Est-ce que le comportement à
l’échelle atomique est similaire aux observations macro s-
copiques ? Est-ce que des résultats obtenus à cette échelle
demeurent en accord avec les modèles théoriques ?
Références
[1] “Determination of the atomic structure of scanning probe microscopy tungsten
tips by field ion microscopy”, A.A. Lucier, H. Mortensen, Y. Sun et P. Grutter,
Phys. Rev. B 72, 235420 (2005).
[2] “From tunneling to point Contact : Correlation between forces and current”,
Y. Sun, H. Mortensen, S. Schar, A.S. Lucier, Y. Miyahara et P. Grutter,
Phys. Rev. B 71, 193407 (2005).
[3] “Plasticity, healing and shakedown in sharp-asperity nanoindentation”,
G.L.W. Cross, A. Schirmeisen, P. Grutter et U.T. Durig,
Nature Materials 7, 370 (2006).
51 | RQMP | projets

Conception d’un dispositif unimoléculaire :
principes et perspectives
Chercheurs : Peter Grütter et Hong Guo
Collaborateurs : R. Hoffmann (U. Karlsruhe); R. Möller (U. Duisburg-Essen); E. Shoubridge (Institut neurologique de Montréal); M. Elliott (U. Cardiff);
M. Jericho (U. Dalhousie)
Étudiants : S. Burke, S. Fostner, J. Topple et J. Mativetsky (diplômé en 2006)
Contact : Peter Grütter; grutter@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/spm
Une compréhension approfondie des mécanismes de transport électronique à travers chaque
molécule est essentielle au développement de l’électronique moléculaire. Seules des structures
définies à l’échelle atomique, qui tiennent compte des effets de l’environnement, nous permettront de
valider et de développer des modèles théoriques représentatifs. Notre but est de synthétiser de telles
structures, de géométrie planaire, et de les caractériser par microscopie AFM à haute résolution.
52 | RQMP | projets | Électronique et photonique des matériaux nanostructurés
En électronique moléculaire, chaque molécule constitue un
composant actif du dispositif, dont les propriétés finales
dépendent aussi largement de la nature de l’environnement et
des électrodes. Cette sensibilité à l’environnement nous oblige
à connaître précisément la structure atomique des dispositifs,
incluant celles du substrat et des électrodes, pour évaluer l’efficacité
du transport et déduire des modèles théoriques fiables.
L’objectif de ce projet est de fabriquer et de caractériser un tel
dispositif unimoléculaire, qui nous permettra d’approfondir nos
connaissances des mécanismes du transport moléculaire.
Notre approche est de synthétiser et d’étudier un dispositif
planaire, qui puisse être caractérisé par microscopie à
balayage, et ce, en milieu ultra propre et sous ultra-haut vide
(UHV). Le dispositif sera déposé sur un isolant pour éliminer
les pertes de courant à l’intérieur du substrat. Un tel projet
exige une excellente connaissance des processus fondamentaux
de croissance et des interactions entre molécules et entre
métaux et isolants.
L’utilisation de la technique de microscopie à force atomique
sans contact (nc-AFM) nous a permis de déterminer la structure
moléculaire de dépôts organiques sur des halogénures
alcalins et d’en préciser les mécanismes de croissance. La
croissance sera contrôlée par des gabarits sur la surface : des
nanotrous de la profondeur d’un seul atome serviront à piéger
les molécules ou encore à implanter un métal destiné à initier
la croissance par nucléation. En combinant ces techniques,
nous pouvons envisager la synthèse de dispositifs nanométriques
où les amas métalliques agiraient comme contacts avec
le support d’échantillon.
Nous développons présentement un masque pour créer de
tels contacts. En étudiant la croissance de plusieurs métaux,
nous déterminons les meilleures combinaisons métalliques
pour fabriquer ces électrodes. Ceux-ci sont synthétisés en
plusieurs étapes de masquage ultrafin, par dépôt à travers
des masques de silicium fabriqués dans les installations
« Nanotools » de l’Université McGill et comportant des caractéristiques
créées par Faisceau d’ions focalisés (FIB) à l’Université
de Sherbrooke.
Un défi de taille : image SEM in situ d’électrodes submicroniques et de la pointe
de l’AFM; image AFM d’un fils de Ta; nanostructure moléculaire à architecture
atomique définie, avec contacts métalliques.
Disposant d’une meilleure connaissance des étapes de l’élaboration
d’un dispositif moléculaire planaire sur un isolant, nous
recherchons maintenant à mieux diriger la croissance moléculaire
en modulant les interactions, et à améliorer l’efficacité de
nos électrodes métalliques. Des trous à l’échelle d’une seule
molécule seront créés par électromigration et caractérisés
par nc-AFM à haute résolution afin d’intégrer des électrodes
métalliques multiéchelle avec des méthodes d’impression.
Enfin, nous envisageons utiliser la pointe de l’AFM pour affiner
les structures auto-assemblées.
Références
• “C 60 on alkali halides: Epitaxy and morphology studied by noncontact AFM”,
S.A. Burke, J.M. Mativetsky, S. Fostner et P. Grütter,
Phys. Rev. B 76, 035419 (2007).
• “Templated growth of 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride molecules
on a nanostructured insulator”,
J.M. Mativetsky, S.A. Burke, S. Fostner et P. Grutter,
Nanotechnology 18, 105303 (2007).
• “Nanoscale Pits as Templates for Building a Molecular Device”,
J.M. Mativetsky, S.A. Burke, S. Fostner and P. Grutter,
Small 3, 818 (2007).
• “Nucleation and Submonolayer Growth of C 60 on KBr”, S.A. Burke, J.M. Mativetsky,
R. Hoffmann et P. Grütter,
Phys. Rev. Lett. 94, 096102 (2005).

Mémoire non-volatile basée sur un piège à électron
Chercheurs : Dominique Drouin et Jacques Beauvais
Étudiants : Christian Dubuc, Parekh Rutu, Jean-François Morissette, Pierre Markey et Arnaud Beaumont
Contact : Dominique Drouin; dominique.drouin@usherbrooke.ca; www.crn2.ca
Une percée récente nous a permis de démontrer la première véritable opération d’un transistor à
un électron dans des conditions normales d’opération d’un circuit électronique, et même à des
températures supérieurs à 130 º C. En combinant ce dispositif, fabriqué dans les installations centrales
du RQMP, avec un îlot nanostructuré, il devient possible de produire un dispositif à mémoire nonvolatile
avec un temps d’accès aussi rapide que la mémoire que l’on retrouve dans les ordinateurs
d’aujourd’hui.
Au cours des deux dernières années, nous avons développé
une approche radicalement différente pour la fabrication de
transistors à un électron (SET). Cette approche a eu un impact
majeur sur la performance des dispositifs électroniques,
rendant possible l’observation d’effets dus à l’échelle nanométrique
à des températures bien supérieures à celles requises
pour des applications typiques, tel la prochaine génération
d’ordinateurs et pour les réseaux de télécommunication. De
plus, cette approche fut développée sous la contrainte restrictive
d’utilisation de techniques compatibles avec le secteur
manufacturier des semiconducteurs. L’objectif du projet est
maintenant de développer des prototypes pour des dispositifs
de mémoire non-volatile haute vitesse, avec le potentiel de
bouleverser l’architecture des ordinateurs.
la fabrication d’un SET métallique. Cette méthode permet
d’atteindre des capacités inférieures à l’attofarad, menant
à l’observation d’effets de blocage de Coulomb jusqu’à une
température de 430 K. La forme de l’îlot nanométrique dans
Les SETs fabriqués avec notre technique ont démontré avec
succès une opération à des températures supérieures à 130 o C.
Ceci constitue la première véritable démonstration qu’un SET
peut fonctionner dans des conditions normales d’opération
requises pour la plupart des produits électroniques disponibles
sur le marché, ouvrant la porte à une multitude d’applications
déjà suggérées mais impossibles à réaliser avant cette percée.
Caractérisation électrique I DS-V DS d’un prototype en fonction de la température. Les
températures sont 296 K ( ), 336 K ( ) et 433 K ( ). Tous les donnés sont obtenus
pour une grille arrière mise à la terre sauf pour les ( ) où VGS = 0.3 V à 433 K pour
basculer le SET en mode de conduction.
Un concept de procédé de fabrication basé sur un nanofil
fut validé au sein de l’infrastructure de micro/nanofabrication
du RQMP à l’Université de Sherbrooke, spécifiquement pour
Illustration d’un transistor monoélectronique fabriqué par le procédé de
nanodamascène.
ces dispositifs et l’épaisseur de la couche mince diélectrique
sont des paramètres critiques. L’optimisation de la dimension
verticale est atteinte par une approche damascène requérant
une étape de polissage mécano-chimique (CMP), rendant
possible une réduction de l’épaisseur des jonctions tunnel à
quelques nm. Ce résultat robuste et reproductible nous permet
de fabriquer des SETs opérant à très haute température. Une
analyse a démontré que ces SET ont une marge d’opération
suffisante pour pallier aux fluctuations normales de fabrication
tout en maintenant une température d’opération compatible
avec celle des MOSFET en silicium. Ceci permettrait la fabrication
de circuits hybrides exploitant les technologies MOSFET
et SET sur le même substrat, ouvrant la porte à une nouvelle
technologie de mémoire haute vitesse avec la capacité de
stockage des disques durs.
Références
• “Single-electron transistors with wide operating temperature range”,
C. Dubuc, J. Beauvais et D. Drouin,
Appl. Phys. Lett. 90, 113104 (2007).
• “A nanodamascene process for advanced single-electron transistor fabrication”,
C. Dubuc, J. Beauvais et D. Drouin,
IEEE Transactions on Nanotechnology 7, 68 (2008).
53 | RQMP | projets

Matériaux magnétocaloriques : théorie et expérience
Chercheurs : Zaven Altounian, Dominic H. Ryan et Xu Bo Liu
Collaborateurs : J. M. Cadogan (U. Manitoba); M. Yue (Beijing University of Technology)
Étudiant : H.B. Wang
Contact : Zaven Altounian; altounian@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~zaven/
Cette recherche vise le développement de matériaux possédant un effet magnétocalorique géant
à des températures et variations de champ magnétique modérées, en vue d’applications pour la
réfrigération magnétique. Le principal avantage de la réfrigération magnétique par rapport à la
réfrigération gaz-liquide traditionnelle est l’absence d’émission de gaz nocifs. Nous étudions plusieurs
types de composés pour mieux établir la relation entre la structure et la composition des matériaux et
leurs propriétés et ce, dans le but de cibler les meilleurs candidats pour l’application visée. En parallèle,
par des calculs faisant appel à la théorie de la fonctionnelle de la densité, nous étudions comment
la structure de la bande électronique et l’état magnétique fondamental peuvent être modifiées pour
optimiser les propriétés de ces matériaux.
54 | RQMP | projets | Magnétisme des matériaux et des systèmes
La réfrigération magnétique, basée sur l’effet magnétocalorique
(EMC), est une alternative attrayante à la réfrigération par
cycles de compression-évaporation. Au cours du cycle de
réfrigération magnétique, les moments magnétiques orientés
de façon aléatoire sont d’abord alignés par un champ magnétique,
provoquant le chauffage du matériau. La suppression du
champ magnétique provoque à son tour la dispersion aléatoire
des moments magnétiques, résultant ainsi au refroidissement
du matériau en deçà de la température ambiante. Sécuritaire
et propre, la réfrigération magnétique ne fait appel à aucun
produit chimique toxique ou dangereux, et ne libère pas de
gaz à effet de serre. De plus, son efficacité atteint ~ 60 % alors
qu’elle ne dépasse pas 40 % dans les meilleurs réfrigérateurs à
compression : un accroissement de l’efficacité énergétique qui
se traduira par la réduction des rejets de CO 2. L’effet magnétocalorique
est maximal près de la température de transition
magnétique, T C, et peut être considérablement augmentée si
une transition structurelle de premier ordre se produit en même
temps que la transition magnétique.
Nous étudions présentement quatre catégories-types de matériaux;
voici un bref aperçu de nos progrès.
Matériaux à base de terres rares. R 5T 4, où R = terre rare et
T = Si, Ge, ou R 5(Si,Ge,Sn) 4. Le système Gd 5Si xSn 4-x est utilisé
pour étudier de nouveaux matériaux 5:4 et ce, par diffraction
de rayonnement de synchrotron à basse température, mesures
magnétiques et spectroscopie Mössbauer 119 Sn. Une transition
magnétostructurelle du Gd 5Sn 4 est induite à T C. Une
telle transition est également observée dans le Nd 5Si xGe 4-x. Le
système non-magnétique La 5Si xGe 4-x a aussi été étudié à titre
de comparaison.
Matériaux à base de Fe. Les composés magnétocaloriques
La(Fe,Co,Si,Al) 13 comportant une structure cubique de type
NaZn 13 sont facilement synthétisés [1]. Par spectroscopie
Mössbauer en fonction de la température et par des mesures
magnétiques sur le 57 Fe, nous montrons que le remplacement
du Fe par Co et/ou Si aura l’effet d’augmenter T C et de conduire
la transition magnétique à T C de premier ordre à un deuxième
ordre dans La(Fe 1-xCo x) 13-ySi y [1]. Le dopage du La(Fe 0.88Al 0.12) 13
par une petite quantité de carbone modifiera son état, d’antiferromagnétique
à ferromagnétique, et augmentera l’EMC.
L’augmentation de la teneur en carbone modifiera la transition
magnétique, du premier vers le second ordre et s’accompagne
d’une diminution de l’entropie magnétique isotherme chez les
composés à base de LaFe 13.
Matériaux à base de Mn. MnFe(P,As,Si,Ge) et Mn 5(Si,Ge) 3.
Mn 5Ge 3 démontre une transition magnétique de second ordre
et un EMC élevé près de T C = 298 K. La substitution de Ge
par Si diminue la valeur de T C et du EMC dans les alliages
Mn 5(Si xGe 1-x) 3 [2]. Nos calculs indiquent que les paramètres
d’échange sont passablement modifiés dans MnFe(P,As,Si,Ge)
qui ont une structure hexagonale de type Fe 2P. Les paramètres
d’échange Mn-Mn sont également trois fois supérieurs à
ceux de Fe-Fe. L’état magnétique du Fe est métastable, d’où
la transition magnétique de premier ordre près de T C.
Composés Laves. RCo 2 a un EMC élevé et une transition de
premier ordre près de T C pour R = Dy, Ho et Er. La substitution
partielle de Er par Gd ou de Co par Fe, provoque l’augmentation
de T C de ErCo 2 de 33 K à 400 K, alors que l’EMC diminue
avec l’addition of Gd et Fe [3]. Nos calculs démontrent que l’ordre
de transition magnétique dépend de l’existence d’un état
métastable à bas spin dans les composés de type RCo 2 [3].
Références
[1] “The order of magnetic phase transition in La(Fe 1-xCo x) 11.4Si 1.6
compounds”,
X.B. Liu et Z. Altounian, J. Magn. Magn. Mater. 270, 305 (2004);
“Structure and magnetic transition of LaFe 13-xSix compounds”, X.B. Liu,
Z. Altounian et D.H. Ryan, J. Phys: Condens. Matter. 15, 7385 (2003);
“The structure and large magnetocaloric effect in rapidly quenched
LaFe 11.4Si 1.6 compound”, X.B. Liu, Z. Altounian et G.H. Tu,
J. Phys: Condens. Matter. 16, 8043 (2004).
[2] “Co magnetism and the order of the magnetic transition in Er 1-xGd xCo 2
Laves phases”, X.B. Liu et Z. Altounian, J. Appl. Phys. 99, 08Q101
(2006).
[3] “Magnetocaloric effect in (Er 1-xGd x)Co 2 pseudobinary compounds”,
X.B. Liu and Z. Altounian, J. Magn. Magn. Mater. 292, 83 (2005);
“Magnetic states and magnetic transitions in RCo 2 Laves phases”, X.B.
Liu et Z. Altounian,
J. Phys: Condens. Matter. 18, 5503 (2006).

Réseaux de nanofils ferromagnétiques
pour les dispositifs hyperfréquences
Chercheurs : David Ménard et Arthur Yelon
Collaborateur : C. Caloz (Polytechnique)
Étudiants : Fanny Béron, Louis-Philippe Carignan, Vincent Boucher, Christian Lacroix et Gabriel Monette
Contact : David Ménard; david.menard@polymtl.ca
Le contrôle des propriétés électromagnétiques des matériaux est fondamental pour un très
grand nombre de technologies. La fabrication de métamatériaux obtenus par l’incorporation de
nanostructures métalliques de géométrie particulière dans une matrice diélectrique permet de réaliser
un tel contrôle. Les nanostructures ferromagnétiques offrent de nouvelles possibilités pour l’ingénierie
de ces matériaux artificiels aux fréquences micro-ondes.
Le but de ce projet de recherche est de fabriquer des réseaux
de nanofils ferromagnétiques, de comprendre leurs propriétés
électromagnétiques et de développer de nouveaux dispositifs
hyperfréquences basés sur ces réseaux de fils. Les phénomènes
électromagnétiques dans la matière dépendent de l’impédance
caractéristique et des relations de dispersion du milieu,
elles-mêmes fonction des propriétés magnétiques et diélectriques
du matériau. L’inclusion d’éléments métalliques et ferromagnétiques
à l’intérieur d’une matrice diélectrique est le point
de départ de notre approche pour ajuster l’impédance et les
relations de dispersion du matériau.
Les réseaux de nanofils (diamètre : 20 et 170 nm; longueur :
plusieurs dizaines de microns; densité : 109 fils / cm 2 ) sont
obtenus par électrodéposition de métaux ferromagnétiques
à l’intérieur de membranes nanoporeuses d’alumine. Il est
possible de fabriquer des alliages de haute perméabilité de
CoFeB ainsi que des nanofils magnétorésistifs multicouches
en faisant alterner des disques magnétiques (Ni, Co ou CoFe)
et non magnétiques (Cu, Au).
Les relations de dispersion du matériau seront utilisées dans
le but d’obtenir des lignes de transmission CRLH (Composite
Right/Left Handed). Le concept de lignes CRLH, basé sur le
positionnement stratégique de condensateurs et d’inductances
dans un circuit micro-onde planaire, offre la possibilité
d’effectuer l’ingénierie des relations de dispersion aux
fréquences micro-ondes (voir Caloz et Itoh, Metamaterials for
high-frequency electronics, Special issue Blue-Sky Electronic
Technologies and their Implications for the Future, Proc. IEEE
93, 1744 (2005)).
L’utilisation d’inclusions métalliques ferromagnétiques,
convenablement structurées et positionnées dans une
matrice diélectrique, devrait mener au développement d’une
nouvelle génération de métamatériaux pour les dispositifs
hyperfréquences.
Les matériaux ferromagnétiques possèdent un riche spectre
d’excitations magnétiques (magnons) accordables aux
fréquences micro-ondes à l’aide d’un champ magnétique
externe. Ceci nous permet d’ajuster la perméabilité magnétique.
Les réponses magnétorésistive et magnétoinductive des
fils magnétiques, en combinaison avec la réponse plasmonique
des structures métalliques, sont utilisées pour contrôler la
permittivité électrique (c.-à-d. la réponse magnétodiélectrique)
du milieu effectif.
Structure CRLH sur un réseau de nanofils multicouches utilisé comme substrat.
Vue de dessus d’une membrane
nanoporeuse d’alumine.
Vue de profil d’un réseau de
nanofils après dissolution de la
membrane d’alumine.
Références
• “First-order reversal curves diagrams of ferromagnetic soft nanowire arrays”,
F. Béron, L. Clime, M. Ciureanu, D. Ménard, R.W. Cochrane et A. Yelon,
IEEE Trans. Magn. 42, 3060 (2006).
• “Magnetic anisotropy in arrays of Ni, CoFeB and Ni/Cu nanowires”,
L.-P. Carignan, C. Lacroix, A. Ouimet, M. Ciureanu, A. Yelon et D. Ménard,
J. Appl. Phys. 102, 023905 (2007).
• “Electromagnetic properties of ferromagnetic nanowire arrays”,
V. Boucher et D. Ménard,
J. Appl. Phys. 103, 07E720 (2008).
55 | RQMP | projets

Cristaux d’électrons et de skyrmions dans le graphène
Chercheur : René Côté
Collaborateurs : H.A. Fertig (U. Indiana); A.H. MacDonald (U. Texas)
Étudiants : J.F. Jobidon, J. Lambert, M.-A. Lemonde, W. Luo et D. Veilleux
Contact : René Côté; rene.cote@usherbrooke.ca; www.physique.usherbrooke.ca/~rcote
56 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
Notre programme de recherche porte sur l’étude des propriétés électroniques du graphène. Le
graphène est un système constitué d’une couche monoatomique de graphite. Nous cherchons à
démontrer la possibilité d’observer des phases électroniques cristallines du graphène dues soit à la
cristallisation des électrons, soit à la cristallisation d’excitations topologiques appelées skyrmions. De
telles cristallisations devraient être possibles lorsque le graphène est soumis à un champ magnétique
transverse. De plus, ces structures cristallines devraient posséder des excitations collectives sans gap
appelées modes de Goldstone. Nous pensons que certains de ces modes devraient être détectables
expérimentalement.
Le graphène est constitué d’une seule couche atomique de
graphite. Des études expérimentales et théoriques récentes
ont démontré que ce système bidimensionnel a des propriétés
électroniques très différentes de celles du gaz d’électrons quasibidimensionnel
« conventionnel » formé dans les hétérostructures
de semiconducteurs. Dans le graphène, les électrons sont décrits
par l’équation de Dirac et non par l’équation de Schrödinger. De
plus, les électrons se comportent comme des particules chirales
sans masse car leur dispersion électronique est linéaire avec
le vecteur d’onde plutôt que quadratique. En plus de leur spin
électronique, les électrons possèdent également un pseudospin
qui vient du fait que le graphène a une structure cristalline en
forme de nids d’abeille qui peut être décrite par un réseau triangulaire
avec une base de deux atomes.
Figure 1. Densité électronique dans un cristal d’électrons formé en champ magnétique.
Les flèches indiquent l’orientation des pseudospins.
Parce que les énergies cinétiques et potentielles se comportent
de la même façon en fonction de la densité, il n’est pas possible
d’observer une cristallisation des électrons dans le graphène
sans la présence d’un champ magnétique transverse. Dans
ce projet, nous étudions la formation de différentes structures
cristallines par le gaz d’électrons bidimensionnel de graphène
et dans un système constitué de deux couches de graphène
superposées. Nous montrons que le cristal d’électrons est
l’état fondamental du gaz électronique dans le graphène pour
certaines valeurs du facteur de remplissage des niveaux de
Landau formés par le champ magnétique transverse.
Lorsque le premier niveau de Landau est rempli, chaque électron
ajouté au système génère une excitation topologique
appelée « skyrmion ». Cette excitation possède une charge
électrique ainsi qu’une texture de pseudospin en forme de
vortex. À très basse température, les skyrmions doivent cristalliser
pour former un cristal appelé cristal de Skyrme. Nous
espérons montrer qu’un tel cristal minimise l’énergie du gaz
électronique à certains remplissages des niveaux de Landau.
Nous espérons aussi montrer que ces cristaux de Skyrme
possèdent des excitations collectives impliquant un mouvement
de la position des skyrmions de même que des oscillations
dans la texture de pseudospin. À cause de la symétrie
particulière de la texture de pseudospin, nous croyons également
que plusieurs modes collectifs seront sans gap (« modes
de Goldstone ») en plus du mode de phonon qui est toujours
présent dans un cristal. Nous étudions finalement comment
la présence de ces modes collectifs modifie les propriétés de
transport du graphène et comment ils peuvent être détectés
expérimentalement.
Ce projet de recherche est fait en collaboration avec les
étudiants du groupe ainsi qu’avec les professeurs H. A. Fertig
(Indiana University) et A. H. MacDonald (Texas University
at Austin).
Le temps de calcul est fourni par le Réseau québécois de
calcul haute performance (RQCHP).
Références
• “Collective modes of CP(3) skyrmion crystals in quantum Hall ferromagnets”,
R. Côté, D.B. Boisvert, J. Bourassa, M. Boissonneault et H.A. Fertig,
Phys. Rev. B 76, 125320 (2007).
• “Pseudospin vortex-antivortex with interwoven spin textures in double-layer
quantum Hall systems”, J. Bourassa, B. Roostaei, R. Côté,
H.A. Fertig et K. Mullen,
Phys. Rev. B 74, 195320 (2006).

Optique quantique et traitement de l’information quantique
dans des circuits supraconducteurs
Chercheur : Alexandre Blais
Collaborateurs : R.J. Schoelkopf et S.M. Girvin (Yale); A. Wallraff (ETH Zurich)
Étudiants : Maxime Boissonneault, Jérome Bourassa et Kevin Lalumière
Contact : Alexandre Blais; a.blais@usherbrooke.ca; www.physique.usherbrooke.ca/blais
Le traitement de l’information quantique est un nouveau secteur de recherche qui promet le développement
d’ordinateurs dont la puissance sera décuplée par rapport à ceux issus des technologies existantes. Pour
y arriver, les ordinateurs quantiques devront cependant maîtriser les effets fondamentaux (superposition
d’états, enchevêtrement et interférence) décrits par la mécanique quantique; une tâche extrêmement
difficile en pratique. Des circuits électriques à base de matériaux supraconducteurs s’avèrent prometteurs
pour la réalisation d’un ordinateur quantique. Ces circuits nous permettent l’étude fondamentale de la
mécanique quantique et, en particulier, de l’optique quantique dans un système à l’état solide.
Les qubits supraconducteurs sont des nanocircuits à base
de jonctions Josephson. Selon la topologie du circuit dans
lequel sont incorporées les jonctions et le ratio entre l’énergie
Josephson et l’énergie de charge, différents types de qubits
supraconducteurs peuvent être réalisés. Ces qubits encodent
l’information quantique dans différents degrés de liberté du
circuit : charge, flux ou phase. Pour montrer un comportement
quantique, ces circuits doivent être complètement isolés de
tout bruit extérieur. Cependant, ils doivent aussi être fortement
couplés à des sources externes pour permettre un contrôle et
une lecture rapides. Le principal défi de la conception et de
l’opération de qubits à l’état solide sera d’obéir simultanément
à ces deux critères contradictoires.
Figure 2. Mesures non destructives théoriques et expérimentales de phonons à
micro-onde unique.
Nous avons développé, avec nos collaborateurs de l’Université
Yale, une architecture d’ordinateur quantique basée sur
les jonctions Josephson. Cette architecture consiste en un
qubit supraconducteur, capacitativement couplé à l’électrode
centrale d’une ligne de transmission supraconductrice
résonante (Figure 1). Un avantage de ce système est que le
couplage cohérent résonateur-qubit peut excéder le taux de
perte de photons hors du résonateur ainsi que les taux de
déphasage et de relaxation des qubits.
Le résonateur agit comme un oscillateur harmonique et ce
système peut être décrit comme un système à deux niveaux
(qubit) fortement couplé à un oscillateur harmonique. Cette
situation est traditionnellement étudiée en optique quantique,
et particulièrement en électrodynamique quantique en cavité
(EDQ en cavité), où un seul atome est fortement couplé au
vide dans une cavité optique ou micro-ondes. Ce système est
décrit par le modèle Jaynes-Cummings et révèle des phénomènes
intéressants en présence de bruit et de perturbations
externes. En raison de cette équivalence, cette architecture est
Figure 1. EDQ en circuit : qubit couplé au résonateur d’une ligne de transmission.
une réalisation à l’état solide de l’EDQ en cavité, aussi appelé
EDQ en circuit. Ceci offre de nouvelles possibilités, tant pour
étudier l’optique quantique dans des systèmes à l’état solide,
que pour le traitement de l’information quantique avec les
circuits électriques supraconducteurs.
Nous étudions l’EDQ en circuit de façon théorique, et ce, en
étroite collaboration avec des groupes de recherche expérimentale
de l’Université Yale et ETH Zurich. L’EDQ en circuit a
été utilisé pour démontrer pour la première fois l’anticroisement
de Rabi du vide (vacuum Rabi splitting) avec un phonon unique
et d’un atome (artificiel), le plus long temps de relaxation dans
un circuit supraconducteur (~7 ms) et l’enchevêtrement d’une
paire de qubits supraconducteurs. L’EDQ en circuit a aussi
permis d’effectuer des mesures non destructives sur des
photons micro-ondes isolés et la première génération contrôlée
de phase de la Berry dans un système supraconducteur.
Références
• “Quantum information processing with circuit quantum electrodynamics”,
A. Blais, J.M. Gambetta, A. Wallraff, D.I. Schuster, S.M. Girvin,
M.H. Devoret et R.J. Schoelkopf,
Phys. Rev. A 75, 032329 (2007).
• “Resolving photon number states in a superconducting circuit”,
D.I. Schuster, A.A. Houck, J.A. Schreier, A. Wallraff, J.M. Gambetta, A. Blais,
L. Frunzio, B. Johnson, M.H. Devoret, S.M. Girvin et R.J. Schoelkopf,
Nature 445, 515 (2007).
• “Coupling superconducting qubits via a cavity bus”, J. Majer, J.M. Chow,
J.M. Gambetta, J. Koch, B.R. Johnson, J.A. Schreier, L. Frunzio, D.I. Schuster,
A.A. Houck, A. Wallraff, A. Blais, M.H. Devoret, S.M. Girvin et R.J. Schoelkopf,
Nature 449, 443 (2007).
57 | RQMP | projets

Étude théorique de systèmes électromécaniques
Chercheur : Aashish Clerk
Collaborateurs : K.C. Schwab (U. Cornell)
Étudiants : D. Wahyu-Utami et S.B. Bennett
Contact : Aashish Clerk; aashish.clerk@mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~clerk/
Les systèmes quantiques électromécaniques consistent en un conducteur mésoscopique
quantique (par exemple, un transistor à un seul électron ou un contact à point quantique) couplé à
un résonateur mécanique (c’est-à-dire un faisceau fixé aux des extrémités) de l’échelle du micron
ou du nanomètre. Nous avons développé des approches théoriques pour décrire la physique
quantique dissipative dans ces systèmes, et les avons appliquées à l’interprétation de résultats
récents dans le domaine.
58 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
On serait porté à croire qu’un système électromécanique quantique
serait un excellent détecteur de position, vu que dans
ces systèmes, des changements de la position du résonateur
provoquent des modifications non-négligeables de courant
dans le conducteur. Cependant, la contrepartie physique de
cet argument est que la dynamique des électrons (paires de
Cooper ou quasiparticules) dans un conducteur, aura à son
tour une incidence sur la physique de la dissipation de l’oscillateur.
Cet effet de « rétroaction » peut être particulièrement subtil
car le conducteur est habituellement loin de l’état d’équilibre
thermique et ne possède pas de propriété de bruit Gaussien. À
ce titre, le conducteur agit tel un tout nouveau système quantique
dissipatif. Nous tentons d’expliquer, de façon théorique, la
conséquence de ces effets.
Schéma d’un transistor supraconducteur à un électron, couplé à un résonateur
nanomécanique (i.e. un faisceau).
Nos résultats récents permettent de prédire que des effets
inhabituels peuvent survenir dans ces systèmes. Par exemple,
nous avons prédit que dans un système comprenant transistor
supraconducteur à un seul électron couplé à un faisceau,
le bruit généré par l’effet tunnel des paires de Cooper hors
d’équilibre peut être utilisé pour refroidir le résonateur près de
l’état fondamental. Cet effet « rétroactif » de refroidissement
a récemment été observé expérimentalement. Nous avons
également prévu une instabilité similaire au laser dans ce
système, ce qui fait un lien intéressant avec la physique d’un
laser à un seul atome.
Nos travaux actuels visent à mieux comprendre la dynamique
conditionnelle de ces systèmes ainsi qu’à comprendre
comment les systèmes à un seul qubit pourraient être utilisés
pour sonder les effets quantiques réels dans le résonateur.
Température effective de l’effet tunnel de paires de Cooper en fonction de la
tension de contrôle sur un transistor supraconducteur à un électron.
Références
• “Laser-like instabilities in Quantum Nano-Electromechanical Systems”,
S.D. Bennett et A.A. Clerk,
Phys. Rev. B 74, 201301 (2007).
• “Using a qubit to measure photon number statistics of a driven,
thermal oscillator”, A.A. Clerk et D. Wahyu Utami,
Phys. Rev. A 75, 042302 (2007).
• “Cooling a nanomechanical resonator with quantum back-action”, A. Naik,
O. Buu, M.D. LaHaye, A.D. Armour, A.A. Clerk, M.P. Blencowe et K.C. Schwab,
Nature (London) 443, 193 (2006).

Détection résistive de RMN dans les états Hall quantiques
Chercheur : Guillaume Gervais
Collaborateurs : H.L. Stormer (Alcatel-Lucent Technologies et U. Columbia, USA); L.N. Pfeiffer et K. West (Alcatel-Lucent Technologies, USA)
Étudiant : Cory Dean
Contact : Guillaume Gervais; gervais@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~hedbergj/labpage/home.htm
Des études de résonance magnétique nucléaire détectée de manière résistive (RMNDR) ont été
effectuées à l’aide de systèmes d’électrons en deux dimensions GaAs/AlGaAs dans le régime de
l’effet Hall quantique. Aux niveaux Landau les plus élevés, l’application d’un champ FR à la fréquence
de résonance nucléaire coïncide avec un minimum dans la magnétorésistance, tel que prédit par
le modèle des interactions hyperfines. Cependant, près de n =1, une ligne de forme anormalement
« dispersive » est observée; elle dépendrait de l’interrelation entre plusieurs paramètres. Nos résultats
indiquent de plus que le minimum et maximum de cette forme dispersive résulteraient de deux
mécanismes distincts.
La RMNDR est une technique très puissante pour étudier l’effet
Hall quantique entier et fractionnaire dans des systèmes
électroniques en 2D. Quoiqu’elle permette d’étudier une vaste
gamme de phénomènes à plusieurs corps, certaines caractéristiques
du signal demeurent inexpliquées. Dans cette technique,
une irradiation FR à la fréquence de résonance nucléaire
est appliquée sur l’échantillon, détruisant la polarisation
nucléaire. Puisque le spin nucléaire se couple aux électrons
via l’interaction hyperfine, des variations dans la polarisation
nucléaire peuvent être observées dans le transport d’électrons
(résistance). Ce couplage entre le spin nucléaire et électronique
permet de sonder directement l’état de spin électronique,
et ce, avec une sensibilité supérieure à celle des techniques
RMN standard.
Cependant, alors que l’image simple de l’interaction hyperfine
prédit une réponse comportant un seul minimum de la résistance
mesurée, une ligne de forme anormalement dispersive
est observée à proximité de l’état Hall quantique n =1, où le
minimum est suivi d’un maximum secondaire à une fréquence
légèrement supérieure. L’étude du signal à proximité de n =1 a
montré que la forme anormale de la ligne dépend de l’interrelation
entre certains paramètres tels le facteur de remplissage,
la température électronique et les paramètres du champ FR
appliqué (Figure 1). De plus, l’application d’un fort débalancement
de courant DC cause une inversion complète du signal
(Figure 2), de manière similaire à une inversion corrélée à la
Figure 2. Évolution (inversion) de la forme de la ligne RMNDR avec le débalancement
de courant DC.
Figure 1. Variation de la forme de la ligne RMNDR avec (a) le facteur de remplissage,
(b) la température de l’échantillon, (c) la puissance du champ FR appliqué.
température. La position du signal inversé observé ici ne coïncide
cependant pas avec celle du minimum initial, mais est
plutôt déplacée vers le bas. Ce déplacement, ajouté à l’évolution
à partir d’un seul minimum vers une forme dispersive,
puis vers un seul maximum, suggère que l’inversion n’est pas
une simple inversion corrélée à la température, mais plutôt le
résultat d’un processus plus complexe. Ce résultat suggère
que les signaux minimums et maximums seraient causés par
deux mécanismes distincts. Cette recherche est supportée par
le CRSNG, la fondation Alfred P. Sloan et le RQMP.
Références
• “Resistively Detected NMR in Quantum Hall States: Investigation of the anomalous
line shape near n = 1”, C.R. Dean, B.A. Piot, L.N. Pfeiffer, K.W. West et G. Gervais,
Physica E 40, 990 (2008).
• “Evidence for Skyrmion Crystallization from NMR Relaxation Experiments”,
G. Gervais, H.L. Stormer, D.C. Tsui et coll,
Phys. Rev. Lett. 94, 196803 (2005).
59 | RQMP | projets

Manipulation optique et lecture résistive
de spins nucléaires de GaAs
Chercheur : Guillaume Gervais
Collaborateurs : M.P. Lilly et J.L. Reno (Center for Integrated Nanotechnologies (CINT), USA)
Étudiant : Jonathan M. Buset
Contact : Guillaume Gervais; gervais@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~hedbergj/labpage/home.htm
Nous étudions les effets de la manipulation optique de spins nucléaires près de l’état Hall quantique
n =1 de GaAs/AlGaAs. Nous avons construit sur mesure un contrôleur de polarisation permettant
à un laser de lumière infrarouge-proche polarisé arbitrairement d’être transmise à un échantillon
à travers une fibre optique. En utilisant une lecture de sortie résistive, différentes polarisations
induisent des changements spécifiques dans les propriétés des premiers niveaux de Landau du
puits quantique GaAs/AlGaAs.
60 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
Les dispositifs opérant en vertu des propriétés des spins électroniques
sont une alternative intéressante à l’électronique
conventionnelle pour la prochaine génération de matériaux
semiconducteurs. Les avantages de ces dispositifs « spintroniques
» sont les plus grands degrés de liberté offerts par les
spins ainsi qu’une meilleure isolation de l’environnement; les
états quantiques sont donc moins portés à la décohérence. Le
potentiel des spins nucléaires de GaAs comme porteurs d’information
quantique pourra cependant être exploité seulement
lorsqu’il sera possible d’initialiser, contrôler et lire efficacement
leurs états mécanico-quantiques. La cohérence quantique
multiple des spins nucléaires du GaAs, récemment détectée
localement par des méthodes résistives, présente des temps
de cohérence relativement longs, de l’ordre des millisecondes :
un avantage pour implémenter des algorithmes quantiques.
Nos résultats préliminaires démontrent que les différentes
polarisations de la lumière induisent des changements spécifiques
des propriétés du transport du premier niveau de Landau
du puits quantique GaAs/AlGaAs.
Nous utilisons l’effet Overhauser optique pour interagir avec
les spins nucléaires du GaAs : une lumière dans l’infrarougeproche
(l = 800 nm) avec une polarisation circulaire définie,
crée une large polarisation hors-équilibre des spins nucléaires.
Puisque le couplage effectif de l’effet Overhauser est optimal
pour de la lumière avec une polarisation circulaire, et minimal
pour une polarisation linéaire, le contrôle de la polarisation de
la lumière in situ permet de manipuler la polarisation d’un petit
ensemble de spins nucléaires.
Figure 1. Diagramme schématique du contrôleur de polarisation utilisant une nouvelle
technique de mesure de réflexion de retour. (Mack, 2007)
À faible puissance laser, une lumière dans l’infrarouge-proche,
polarisée circulairement, est requise afin de pomper optiquement
les spins nucléaires de GaAs efficacement. Afin de
contrer l’effet de la biréfringence variable dans la fibre optique,
un contrôleur de polarisation (Figure 1) a été construit de sorte
à permettre la transmission d’une lumière de n’importe quelle
polarisation sur l’échantillon en tournant simplement une série
de plaques d’ondes l/4 et l/2.
Nos résultats préliminaires sont montrés en figure 2. À gauche,
la polarisation sortante en fonction de l’angle des plaques
(a et b) : les maximums correspondent à la lumière polarisée
circulairement (s) et les minimums, à la sortie de lumière polarisée
linéairement (||). À droite, une corrélation claire existe où
les régions de polarisation circulaire droite (s + ) correspondent
aux maximums locaux de résistance R xx et les régions de polarisation
circulaire gauche (s - ) correspondent aux minimums.
Figure 2. Relation entre la polarisation de la lumière et la résistance R xx du transport
de l’état Hall quantique.
Cette recherche est effectuée en collaboration avec les « Sandia
National Laboratories » et a été supportée par le CRSNG,
FQRNT, la fondation Alfred P. Sloan et le RQMP.
Références
• “Towards optical manipulation and resistive readout of the GaAs nuclear spins”,
J.M. Buset, A.H. Mack, D. Laroche, C.R. Dean, M.P. Lilly, J.L. Reno et G. Gervais,
Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 40, 1252 (2008).
• “Local control of light polarization with low-temperature fiber optics”,
A.H. Mack, J. Riordon, C.R. Dean, R. Talbot and G. Gervais,
Optics Lett. 32, 1378 (2007).

Propriétés élastiques de supraconducteurs organiques
quasi-1D et -2D
Chercheurs : Mario Poirier, Kim Doan Truong et Claude Bourbonnais
Collaborateurs : K. Bechgaard (Danemark); P. Auban-Senzier et D. Jérome (Orsay)
Étudiants : Alexandre Langlois et Maxime Dion
Contact : Mario Poirier; mario.poirier@usherbrooke.ca
Nous utilisons une technique de vélocité et atténuation ultrasonores pour caractériser le diagramme
de phases pression-température, de supraconducteurs organiques. Dans ces matériaux, les
ondes élastiques se couplent facilement aux degrés de liberté de charge et de spin. Dans le
k-(BEDT-TTF) 2 Cu[N(CN) 2 ]Br quasi-2D, nous avons identifié une séparation de phases entre le
magnétisme et la supraconductivité à basse température, ce qui pourrait expliquer la controverse
au sujet de la symétrie du paramètre d’ordre supraconducteur dans ces systèmes. La mesure de
l’atténuation ultrasonore dans le (TMTSF) 2 (ClO 4 ) (1-x) (ReO 4 ) x nous permettra d’y identifier la symétrie
du paramètre d’ordre.
L’atténuation ultrasonore est un outil puissant pour sonder la
symétrie de l’ordre de paramètre, à cause de sa sensibilité
angulaire. Dans les conducteurs organiques, les résultats expérimentaux
contradictoires alimentent cependant une controverse
à ce sujet. La technique ultrasonore n’avait jamais été
utilisée dans ces matériaux, car les échantillons sont petits et
friables. Nous avons réussi, il y a quelques années, à adapter la
technique, et à déterminer le diagramme de phases de composés
2D k-(ET 2)X (Figure 1). À pression ambiante, le composé
où X = Cu[N(CN) 2]Br est métallique (portion de droite du
diagramme), ce qui laisse présager qu’il s’agirait d’un système
idéal pour étudier le paramètre d’ordre supraconducteur.
Dans les conducteurs organiques 1D (TMTSF) 2ClO 4, la supraconductivité
apparaît à des températures inférieures à 1,2 K,
lorsque le cristal est refroidi très lentement. Il a été suggéré
que la supraconductivité de type-p prévaut dans ce système,
quoique les résultats expérimentaux soient controversés. Il
importe donc d’y identifier le paramètre d’ordre : des travaux
sont donc en cours pour déterminer la symétrie par l’atténuation
ultrasonore. Des expériences de conductivité micro-onde
sont également poursuivies, à l’aide d’un réfrigérateur à dilution,
pour déterminer la dépendance vis-à-vis de la température,
de la longueur de pénétration magnétique. Pour faire
ces expériences, nous disposons d’un aimant de 18 Teslas,
d’une chambre à température variable (Variable Temperature
Insert - VTI), entre 2 et 300 K, ainsi que d’un réfrigérateur à
dilution pouvant atteindre la température de 20 mK. De plus,
comme les composés organiques sont très compressibles,
nous disposons de cellules à haute pression (liquide et à gaz) à
une pression maximale de 12 KBar.
Récemment, nous avons pu finalement mesurer l’atténuation
de l’état supraconducteur (12 K) en fonction de la température.
Nous avons démontré que, contrairement à qui était généralement
admis, il existe une séparation de phases dans ce
composé. En effet, en utilisant différents cycles thermiques et
sous différents champs magnétiques, nous avons déterminé
qu’une phase antiferromagnétique à 15 K est en compétition
avec l’état supraconducteur à 12 K. Le phénomène d’hystérésis
est aussi observé, et l’interaction des deux phases aux
frontières de domaine empêche de déterminer clairement la
symétrie du paramètre d’ordre. Les anomalies de la vitesse
pour différentes polarisations des ultrasons suggèrent cependant
qu’il s’agirait d’un mélange de composantes de type-s et
-d. Nous étudions présentement le composé où X = Cu(SCN) 2,
situé plus profondément dans la phase métallique, et pour
lequel on ne s’attend pas à observer de séparation de phases.
Figure 1. Diagramme de phases pression-température de k-(ET 2)Cu[N(CN) 2Cl à
partir d’anomalies de vélocité ultrasonique.
Références
• “Competition between magnetism and superconductivity in the organic metal
k-(BEDT-TTF) 2Cu[N(CN) 2]Br”, D. Fournier, M. Poirier et K.D. Truong,
Phys. Rev. 76, 054509 (2007).
• “Magnetoelastic coupling in hexagonal multiferroic YMnO 3 using ultrasound
measurements”, M. Poirier, F. Laliberté, L. Pinsard-Gaudart et A. Revcolevschi,
Phys. Rev. B 76, 174426 (2007).
61 | RQMP | projets

Étude de l’émission coopérative Y 2 SiO 5 dopé à l’ytterbium
Chercheur : Serge Jandl
Collaborateurs : Ph. Goldner, O. Guillot-Noël et B. Viana (École Nationale Supérieure de Paris)
Étudiants : A. Denoyer et Y. Lévesque
Contact : Serge Jandl; serge.jandl@usherbrooke.ca
Les luminescences infrarouge et visible, résultant d’excitations sélectives des ions d’ytterbium,
sont étudiées dans le monocristal Y 2 SiO 5 (Yb : 5 %) et la couche mince dopée (Yb : 6 %). Les paires
d’ions Yb 3+ -Yb 3+ semblent jouer un rôle majeur dans le transfert d’énergie et l’émission coopérative
confirmant la prééminence des mécanismes de super-échange dans pareils systèmes.
62 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
Les matériaux lasers à base d’ions Yb 3+ présentent de
nombreux avantages résultant de leur structure électronique
simplifiée formée de deux ensembles de niveaux 2 F 7/2 pour
l’état fondamental et 2 F 5/2 pour l’état excité. Le nombre réduit
de niveaux électroniques atténue les processus non-radiatifs
et minimise la dégradation des processus d’émissions luminescentes.
Récemment, Y 2 SiO 5 sous forme monocristalline
et couche mince dopé à l’ytterbium (Yb:YSO) a été étudié
en spectroscopie Raman et transmission infrarouge. En particulier,
les niveaux du champ cristallin des deux ions d’YYb 3+
occupant deux sites inéquivalents (I, II) dans Y 2 SiO 5 ont été
détectés avec leurs répliques vibroniques. Aussi des paires
d’ions Yb 3+ -Yb 3+ couplées magnétiquement ont été observées.
La luminescence coopérative, produite par deux ions
d’ytterbium, désigne un processus dans lequel deux ions
d’Yb 3+ excités transitent vers leur état fondamental en émettant
un photon qui correspond à la somme des énergies des
deux transitions individuelles. Ainsi, une radiation infrarouge
incidente se retrouve convertie par ce processus en radiation
visible. Depuis que cette émission coopérative a été observée
dans YbPO 4 , d’autres matrices hôtes dopées à l’ytterbium ont
été étudiées sous excitation infrarouge résultant en une luminescence
coopérative centrée, autour de 500 nm. Une théorie
générale basée sur des interactions multipole-multipole entre
les électrons 4f dans les lanthanides, a été développée. Elle
a été récemment appliquée à CsCdBr 3 dopé à l’ytterbium en
comparant les mesures expérimentales de la luminescence
aux prédictions théoriques mettant en jeu les interactions
dipole-quadrupole et dipole-dipole forcé. Une approche théorique
différente à la luminescence coopérative, basée sur une
généralisation de la théorie de super-échange entre dimères
d’ions lanthanide à travers des liaisons oxygène a été proposée
et pourrait être testée dans les orthosilicates tel Y 2 SiO 5 . Ce
dernier cristallise dans le groupe spatial monoclinique C2/c,
les ions Yb 3+ occupant également deux sites non-équivalents
Y I et Y II de symétrie C 1 . Selon les résultats préliminaires d’absorption
infrarouge de Yb:YSO, (voir la figure ci-jointe), en plus
des bandes d’absorption associées aux ions isolés Yb I et Yb II
autour de 10189 et 10215 cm -1 respectivement, la présence
de paires Yb 3+ -Yb 3+ interagissant est manifeste à travers des
bandes d’absorption satellites (e.g.10206 and 10220 cm -1 )
localisées à D + J/2 et D - 3J/2, avec D correspondant à la transition
champ cristallin de l’ion Yb 3+ isolé et J à la constante du
couplage d’échange inter-paire.
Dans ce projet nous nous consacrons à l’étude de la luminescence
coopérative de la couche mince Yb 6 % : YSO et du
monocristal Yb 5 % : YSO. En comparant les caractéristiques
des émissions infrarouge et visible suite à des excitations
sélectives, le rôle des ions isolés ainsi que celui des paires
couplées magnétiquement sont étudiés afin de valider la
nouvelle théorie basée sur le super-échange et son incidence
sur les applications.
Spectres de transmission infrarouge à T = 13 K du monocristal Yb 5 % : YSO (a) et
de la couche mince Yb 6 % : YSO (b). Les bandes d’absorption des ions Yb 3+ isolés
dans les sites I and II sont indiquées.
Référence
• “Annealing optical effects on Yb-doped Y 2SiO 5 thin films”, A. Denoyer, S. Jandl,
F. Thibault et D. Pelenc,
J. Phys: Condens. Matter 19, 156222 (2007).

Supraconductivité, antiferromagnétisme
et nouveaux états de la matière dans les matériaux corrélés
Chercheurs : André-Marie Tremblay et David Sénéchal
Collaborateurs : Gabi Kotliar (Rutgers); Anne-Marie Daré, Gilbert Albinet et Laurent Raymond (Marseille)
Étudiants : Louis-François Arsenault, Dominic Bergeron et Dominique Chassé
Contact : André-Marie Tremblay; tremblay@physique.usherbrooke.ca; www.physique.usherbrooke.ca/tremblay
Les composés contenant des oxydes métalliques peuvent manifester des propriétés magnétiques et
supraconductrices spectaculaires, telle la supraconductivité au-dessus de la température de l’azote
liquide. Déjà les aimants les plus puissants sur terre sont faits de supraconducteurs, de même que
les détecteurs de champ magnétique les plus sensibles. Mais pour réaliser le plein potentiel de ces
matériaux prometteurs, il est nécessaire de développer de nouvelles méthodes théoriques, c’est-àdire
des simulations par ordinateur et une compréhension mathématique des lois de la mécanique
quantique qui mènent à ces propriétés. Dans ce programme de recherche, nous appliquons et
développons de nouveaux outils théoriques pour comprendre et prédire les propriétés de cette classe
de composés qui remettent en cause les approches traditionnelles.
Un des axes de recherche majeurs concerne les supraconducteurs
à haute température (T C). Une des raisons qui nous motivent
c’est qu’ils peuvent être modélisés par le modèle phare
des électrons corrélés sur un réseau cristallin, le modèle de
Hubbard à une bande. Résoudre ce problème pour les cuprates
ouvrirait la porte vers la solution de cas beaucoup plus compliqués
où se manifestent les interactions à plus longue portée
ainsi que multi-bandes, tel les cobaltates, les vanadates et les
matériaux à magnétorésistance colossale. Les supraconducteurs
à haute T C sont un exemple spectaculaire, bien que pas
le seul, de matériaux corrélés dont la compréhension requière
de nouvelles approches, au-delà de la physique du solide traditionnelle.
Les fermions lourds, les matériaux à magnétorésistance
colossale et les supraconducteurs organiques font partie
de la liste. Utilisant de nouvelles méthodes de simulations,
nous avons déjà obtenu des diagrammes de phase génériques
pour les cuprates et pour les matériaux organiques en couche
où se manifeste la compétition avec l’antiferromagnétisme, les
liquides de spin et qui sont en accord remarquable avec l’expérience.
La figure illustre d’autres types de résultats.
des indications sur le mécanisme de la supraconductivité de
type d. Nous travaillons aussi à déterminer les propriétés de
la phase pseudogap.
Transport : Pour faire contact avec l’expérience, beaucoup
de travail doit encore être fait pour développer des méthodes
appropriées pour comprendre le transport. Nous approchons
ce problème avec la méthode auto-cohérente à deux particules
que nous avons développée. Nous planifions aussi des
études basées sur les approches dites « d’amas quantiques ».
Nouvelles directions : Les atomes froids dans les réseaux
optiques offrent la possibilité de contrôler l’Hamiltonien microscopique
et donc d’agir comme modèle pour les systèmes de
matière condensée. Nous avons récemment prédit l’apparition
de nouvelles phases supersolides sur le réseau triangulaire
bi-dimensionnel.
Nous débutons un programme d’études d’interfaces de
matériaux fortement corrélés. Ceux-ci sont importants pour
les applications aux dispositifs et aussi pour des études
fondamentales de nouvelles interfaces de la matière. De
nouveaux collaborateurs du RQMP se joindront au projet :
Claude Bourbonnais, René Côté et A. Blais.
Infrastructure : Pour les calculs numériques, nous utilisons
des grappes d’ordinateurs locales en plus des superordinateurs
du RQCHP
Comparaison de la section efficace de la photoémission en fonction du vecteur
d’onde, calculée (gauche) et expérimentale (droite) d’un supraconducteur
haute T c .
Diagrammes de phase : Nous travaillons présentement sur
le diagramme de phase généralisé des supraconducteurs à
haute T C pour trouver la dépendance complète sur le remplissage,
la force de l’interaction et la frustration afin d’obtenir
Références
• “Interaction-Induced Adiabatic Cooling for Antiferromag-netism in Optical
Lattices”, A.-M. Daré, L. Raymond, G. Albinet et A.-M.S. Tremblay,
Phys. Rev. B 76, 064402 (2007).
• “Mott Transition, Antiferromagnetism, and d-wave Super-conductivity in
Two-Dimensional Organic Conductors”, B. Kyung et A.-M.S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 97, 046402 (2006).
• “Pseudogap and high-temperature superconductivity from weak to strong
coupling. Toward quantitative theory.”, A.-M.S. Tremblay, B. Kyung et D. Sénéchal,
Low Temperature Physics 32, 561 (2006).
63 | RQMP | projets

Dynamique de vortex dans les supraconducteurs
Chercheurs : Michael Hilke, Zaven Altounian et Dominic Ryan
Collaborateur : M. Pekquleryuz (Metals/Materials Engineering, U. McGill)
Étudiants : Josianne Lefebvre et Ying Ling Yin
Contact : Michael Hilke; hilke@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~hilke
64 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
Les vortex sont des objets remarquables, qui interagissent pour former une variété de phases
différentes, tel le réseau d’Abrikosov, le verre de Bragg, la phase désordonnée, ainsi que des
phases smectiques et liquides, selon le champ magnétique et de la force d’entraînement. Nous
nous concentrons sur les verres supraconducteurs, dont la très faible force d’ancrage en fait
d’excellents candidats pour étudier le mouvement des vortex. Nous développons également de
nouvelles méthodes pour le traitement de supraconducteurs comme le MgB 2 pour leur important
potentiel technologique.
Nous avons obtenu expérimentalement, il y a quatre ans, le
diagramme de phase de vortex en mouvement, un travail qui
a fait la couverture du Phys. Rev. Lett.. Nous avions utilisé un
supraconducteur très « propre » et à faible force d’ancrage,
dont la structure atomique est cependant désordonnée. En
fait, le verre supraconducteur très pur à base de NiZr 2, doit
sa faible force d’ancrage à l’absence d’ordre sur la longueur
d’un vortex (env. 30 nm en présence de champ magnétique
intense). Nous avons récemment déterminé les mouvements
transversaux de vortex dans d’autres systèmes similaires [1]
(Figure 1).
Figure 1. Diagramme de phase de la résistance longitudinale du mouvement de
vortex dans un supraconducteur à base de NiZr. La coloration en fonction de B et I
représente la valeur de la résistance de Hall.
Il est remarquable d’observer de très grands mouvements latéraux
associés à la transition vers les phases très mobiles, quasi
smectiques. Ces résultats suscitent plusieurs interrogations
sur la nature de ces différentes phases, dans les conditions
de force d’entraînement et de densité de vortex élevées. Nous
avons aussi entièrement défini le diagramme de phase de la
dynamique des vortex dans un supraconducteur à très faible
ancrage et également, découvert une transition d’orientation
dans la dynamique des vortex, juste avant l’effet pic.
Nous nous intéressons également à une nouvelle classe de
supraconducteurs, comme le diboride de magnésium, à partir
duquel des couches minces ont été synthétisées par la technique
de pulvérisation, en utilisant les installations du RQMP à
l’Université McGill (Figure 2).
Figure 2. Couche mince de diboride de magnésium synthétisée pas pulvérisation
et recuit subséquent. La température de transition de supraconduction est
déterminée pour différentes températures de recuit en fonction de la variation des
conditions courant-voltage et du champ magnétique.
Enfin, nous travaillons au développement de revêtements
destinés à procurer des propriétés supraconductrices à pratiquement
n’importe quel type de matériau. En effet, un revêtement
thermoplastique à base d’éthylcellulose polymérique, à
une température critique élevée, pouvant atteindre 39 K. Ces
résultats ouvrent la voie à des développements technologiques
prometteurs, basés sur le transport sans dissipation.
Référence
[1] “Transverse vortex dynamics in superconductors”, J. Lefebvre, M. Hilke,
R. Gagnon et Z. Altounian,
Phys. Rev. B 74, 174509 (2006).

Structure électronique nanoscopique
de systèmes d’électrons fortement corrélés
Chercheurs : Christian Lupien et Patrick Fournier
Collaborateurs : A. Damascelli (U. British-Columbia); H. Takagi (U. Tokyo)
Étudiants : Behnaz Behmand, Jean-Charles Forgues et Jonathan Vermette
Contact : Christian Lupien; christian.lupien@usherbrooke.ca; www.physique.usherbrooke.ca/lupien
Les systèmes d’électrons fortement corrélés tels les supraconducteurs à haute température critique, ont
des diagrammes de phase très complexes où plusieurs phases coexistent ou entrent en compétition. Cela
donne lieu à de nouveaux phénomènes à l’échelle atomique, qui ont des effets à l’échelle macroscopique.
Pour comprendre ces phénomènes, il nous faut utiliser une sonde d’une sensibilité à l’échelle atomique.
Combinant la spectroscopie et le microscope à effet tunnel, nous parvenons à explorer ces matériaux
complexes, dans le but de développer des modèles pour les expliquer.
Les systèmes d’électrons fortement corrélés est le nom général
des matériaux comportant de fortes interactions entre les
électrons, conduisant à plusieurs phénomènes intéressants.
Les supraconducteurs à haute température critique (HTC) en
sont un exemple. Leur diagramme de phase est très complexe
et affiche plusieurs types d’ordre qui après 20 ans, ne sont
toujours pas bien expliqués. Une théorie complète de ces
matériaux nous permettrait de contrôler leurs caractéristiques
pour optimiser leur utilisation et pourrait conduire à la supraconductivité
à température ambiante. Cela aurait de nombreuses
applications dans des secteurs comme le transport de
l’électricité et le diagnostic médical (appareil à imagerie par
résonance magnétique moins cher).
l’information spectroscopique locale. La conductance, pour
des modèles simples, peut-être reliée à la densité d’état local,
calculable théoriquement.
Carte topographique qui montre les atomes à la surface de NaCCOC, un matériel à
HTC. L’encart est un zoom qui montre l’absence d’un seul atome.
Diagramme de phase pour matériaux à haute-T c dopés aux trous illustrant
les phases tels supraconductivité (dSC), antiferromagnétisme (AFM) et
pseudogap (PG).
Des mesures récentes sur certains supraconducteurs HTCs
ont révélé des caractéristiques intéressantes telles une structure
de densité de charge en forme de damier et des variations
vitreuses de la densité électronique. Des expériences sur
plusieurs autres membres de la même famille de matériaux
ainsi que sous d’autres conditions sont nécessaires à mieux
comprendre ces résultats.
Ce qui rend la compréhension de ces matériaux difficile sont les
diagrammes de phases complexes où plusieurs états coexistent
ou entrent en compétition. Certaines de ces phases, tel
que le pseudogap, ne sont toujours pas très bien identifiées.
Les corrélations fortes ainsi que des nombreux phénomènes
présents dans ces systèmes peuvent produire des structures
importantes à l’échelle atomique. Afin d’identifier et de
comprendre leurs effets globaux, il faut d’abord obtenir une
vision nanoscopique directe de ces caractéristiques.
Nous utilisons un microscope à effet tunnel à balayage, un
instrument qui atteint la résolution atomique et qui peut donc
mesurer des structures à l’échelle nanoscopique à la surface
d’échantillons. Une puissante variation de cette technique
est d’obtenir de l’information spectroscopique (courbes de
conductance) à tous les points de l’espace d’une topographie
(carte de la structure atomique) de façon à obtenir de
Carte de conductance (gauche) et sa transformé de Fourier (droite) : une organisation
électronique en échiquier coïncide avec l’image topographique.
Références
• “An intrinsic bond-centered electronic glass with unidirectional domains
in underdoped cuprates”, Y. Kohsaka, C. Taylor et coll,
Science 315, 1380 (2007).
• “A “checkerboard” electronic crystal state in lightly hole-doped
Ca 2-xNa xCuO 2Cl 2”, T. Hanaguri, C. Lupien, Y. Kohsaka, D.-H. Lee et coll,
Nature 430, 1001 (2004).
65 | RQMP | projets

Désordre dans les systèmes électroniques à deux dimensions
Chercheurs : Michael Hilke, François Schiettekatte et Thomas Szkopek
Collaborateurs : E. Diez et J.M. Cerver (Salamanca, Espagne); D. Shahar (Inst. Weizmann, Israël); A.Y. Cho (Bell labs); J.C. Flores (Arica, Chili)
Étudiants : S. Avesque, M. Wu et V. Yu
Contact : Michael Hilke; hilke@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~hilke
Il est essentiel de comprendre le rôle du désordre dans les systèmes bidimensionnels car celui-ci
en affecte presque toutes les propriétés physiques. Le désordre peut prendre différentes formes,
comme des impuretés, des défauts cristallins, ou encore des propriétés intrinsèques aux matériaux.
Nous étudions le rôle des différents types de désordre dans plusieurs systèmes, y compris les
hétérostructures à base de semiconducteurs et les monocouches de graphène.
66 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
La complexité de ce projet, vu la diversité des systèmes et
types de désordre présents dans les matériaux, requiert les
expertises multiples de nos collaborateurs des quatre coins du
globe : Chili, Israël, États-Unis et Europe. À titre d’exemple, la
figure 1 illustre les multiples mécanismes de diffusion rencontrés
dans les hétérostructures de GaAs/AlGaAs très propres.
Leur mobilité élevée fait de ces dispositifs d’excellents candidats
pour des applications dans le domaine de l’électronique
haute-fréquence. Un de nos projets est de caractériser les
défauts implantés dans ces structures afin de mieux comprendre
leur influence sur les propriétés de systèmes fortement
corrélés, tels les états fractionnels de l’effet Hall quantique [1].
Figure 1. Illustration des différents mécanismes de diffusion dans les hétérostructures
de GaAs.
Dans la limite du désordre à faible portée, comme dans
plusieurs alliages et matériaux à base d’InGaAs/InAlAs, on
observe d’intéressantes transitions de phases quantiques
dans le régime de l’effet Hall quantique [2]. Les concepts théoriques
décrivant les différents types de désordre sont souvent
exprimés en termes de longueur de corrélation de désordre.
L’ordre de grandeur de cette longueur a d’importantes implications
sur les propriétés fondamentales, par exemple, sur la
densité d’états.
Vu sa mobilité intrinsèque élevée, le graphène est un nouveau
candidat prometteur pour des applications technologiques.
Des travaux sont en cours pour développer de nouveaux outils
expérimentaux et théoriques qui permettront de mieux comprendre
le rôle du désordre dans ce matériau. Nous montrons dans
la figure 2, des images de multicouches de graphène, et la
manière dont ce matériau peut être schématisé.
Haut : multicouches de graphène (a & b): image optique, (c) image SEM, (d) image
AFM. Bas : schéma du transport dans le graphène.
Ce travail est possible grâce à l’utilisation du système d’implantation
ionique de l’Université de Montréal (RQMP), permettant
l’implantation contrôlée de différents types d’ions dans les
hétérostructures.
Références
[1] “Correlations vs impurities: or how to go from fractions to integers in the
quantum Hall effect”, S. Avesque, M. Hilke, F. Schiettekatte, M. Chicoine,
L.N. Pfeiffer et K.W. West,
Proceedings, Nanoelectronics 06, Lancaster (2006).
[2] “Density of states of disordered systems with a finite correlation length”,
J.C. Flores et M. Hilke,
Phys. Rev. B 73, 125115 (2006).
[3] “Two-dimensional electron gas in InGaAs/InAlAs quantum wells”,
E. Diez, Y.P. Chen, S. Avesque, M. Hilke, E. Peled, D. Shahar, J.M. Cerver,
D.L. Sivco et A.Y. Cho,
Appl. Phys. Lett. 88, 052107 (2006).

Exploration de la surface de Fermi des cuprates
supraconducteurs à haute température critique
Chercheur : Louis Taillefer
Collaborateurs : D.A. Bonn, Ruixing Liang, W.N. Hardy (ICRA, UBC); Cyril Proust (LNCMP, France); Luìs Balicas (NHMFL, USA)
Stagiaires post-doctoraux : Nicolas Doiron-Leyraud et Ramzy Daou
Étudiants : Jean Baptiste Bonnemaison, Francis Laliberté, Olivier Cyr-Choinière et David Le Boeuf
Contact : Louis Taillefer; louis.taillefer@physique.usherbrooke.ca; www.physique.usherbrooke.ca/taillefer/
La récente observation d’oscillations quantiques dans le cuprate supraconducteur à haute température
critique YBa 2 Cu 3 O 6.5 par le groupe du Pr. Louis Taillefer (N. Doiron-Leyraud et coll., Nature 447 p. 565
(2007)) a permis de partiellement lever le voile sur le mystère des supraconducteurs à haute température
critique, qui résiste à toute compréhension scientifique depuis plus de 20 ans maintenant. L’étude
des oscillations quantiques et, de manière plus générale, des propriétés de transport sous champ
magnétique intense, permet de sonder directement les propriétés électroniques fondamentales de
ces matériaux remarquables, et d’en révéler tous les secrets.
Les matériaux supraconducteurs exhibent un phénomène
quantique à l’échelle macroscopique tout à fait remarquable :
l’appariement des porteurs de charges transportant l’électricité
de manière cohérente, sans aucune résistance. Alors que
les supraconducteurs conventionnels exhibent cette propriété
fascinante à des températures, dites critiques, proches du zéro
absolu, les cuprates supraconducteurs à haute température
critique (T C), possèdent cette étrangeté quantique jusqu’à une
température équivalant à la moitié de la température ambiante
(150 ° K). Ce facteur deux séparant la température critique de
la température ambiante est l’objet de bien des espoirs, car
il permettrait d’amener la supraconductivité dans notre quotidien,
fait dont les conséquences seraient sans nul doute d’une
envergure gigantesque, comparable à la révolution informatique
engendrée par les matériaux semiconducteurs. C’est
dans ce cadre que se situe la recherche que nous effectuons
aujourd’hui : comprendre les propriétés fondamentales des
supraconducteurs à haute T C, afin d’amener la supraconductivité
à température ambiante.
Les cuprates supraconducteurs à haute T C représentent toute
une famille de matériaux, ayant en commun des plans CuO 2.
La concentration en porteurs de charge présents dans ces
plans CuO 2 peut être contrôlée par dopage chimique. Nous
travaillons principalement sur des cristaux d’ YBa 2Cu 3O y fournis
par une collaboration ICRA avec des experts en croissance
de l’université de Colombie-Britannique. La figure (a) représente
le diagramme de phase d’ YBa 2Cu 3O y. La supraconductivité
apparaît comme étant confinée entre un état isolant (à
faible dopage) et un état métallique (à fort dopage). Une question
fondamentale est de savoir sur quel état (isolant ou métal)
se bâtit la supraconductivité. La réponse à cette question viendra
de l’observation des oscillations quantiques (illustrées à la
figure de gauche) [1].
Observées sous champ magnétique intense (environ 10 6 fois
le champ magnétique terrestre), dans un laboratoire national
français (LNCMP) en collaboration avec Cyril Proust, ces
oscillations révèlent la surface de Fermi du cuprate (figure
(b)). La surface de Fermi, délimitant les états occupés des
états inoccupés par les porteurs de charges dans un espace
virtuel, définit, de par sa topologie, l’ensemble des caractéristiques
d’un métal. Son observation par les oscillations quantiques
indique de manière irréfutable la nature métallique du
supraconducteur à haute T C. Néanmoins, la surface observée
(b) est fondamentalement différente de celle observée à plus
fort dopage par une méthode spectroscopique (figure (c)). La
récente étude de l’effet Hall [2], une autre propriété du transport
sous champ magnétique intense, en collaboration avec
Cyril Proust du LNCMP et Luìs Balicas du laboratoire national
américain NHMFL, a permis de comprendre que cette différence
dans la surface de Fermi doit nécessairement être dictée
par une transition de phase ayant lieu entre ces deux dopages.
Reste à comprendre l’origine de cette transition de phase, ainsi
que les liens qu’elle entretient avec la supraconductivité.
Références
Propriétés d’ YBa 2 Cu 3 O y : À gauche : illustration des oscillations quantiques.
À droite : (a) diagramme de phase, (b) et (c) : surfaces de Fermi à deux
dopages distincts.
[1] “Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-T c
superconductor”, N. Doiron-Leyraud, C. Proust, D. LeBoeuf, J. Levallois,
J.B. Bonnemaison, D.A. Bonn, R. Liang, W.N. Hardy et L. Taillefer,
Nature 447, 565 (2007).
[2] “Electron pockets in the Fermi surface of a hole-doped high-T c
superconductors”, D. LeBoeuf, N. Doiron-Leyraud, J. Levallois, R. Daou,
J.B. Bonnemaison, N.E. Hussey, L. Balicas, B.J. Ramshaw, R. Liang, D.A. Bonn,
W.N. Hardy, S. Adachi, Cyril Proust et L. Taillefer,
Nature 450, 533 (2007).
67 | RQMP | projets

Biosenseur à base de semiconducteur quantique
Chercheur : Jan J. Dubowski
Collaborateurs : Eric Frost, Emanuel Escher et Sophie Michaud (Faculté de Médecine, U. Sherbrooke); Nelson Rowell et Zbig Wasilewski (IMS-NRC Canada);
Farid Bensebaa (ICPET-NRC Canada)
Étudiants : Alex Voznyy, Ximing Ding, Khalid Moumanis, Greg Marshall et Dominic Lepage
Contact : Jan J. Dubowski; jan.j.dubowski@usherbrooke.ca; www.gel.usherbrooke.ca/crn2/pages_personnel/dubowski/accueil_en.htm
68 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
Les méthodes de biodiagnostic viral actuellement disponibles demeurent méticuleuses et tendent à produire
des résultats tardifs. De plus, les équipements impliqués demeurent onéreux et sont souvent restreints à
la mesure d’une seule famille d’éléments pathogènes. Ce projet de recherche vise le développement d’un
biosenseur à base de semiconducteur quantique pour la détection et caractérisation rapide d’éléments
viraux pathogéniques. Le projet de recherche se spécialise en deux axes d’approches distincts : le premier
concerne principalement le développement d’un biosenseur à base de points quantiques épitaxaux
(biosenseur à eQD), tandis que le second vise l’intégration monolithique de semiconducteur quantique
dans la production d’un dispositif biosensible à base de résonance de plasmons de surface (QW-SPR).
Afin de surmonter les limitations technologiques imposées
par l’utilisation de points quantiques (QDs) colloïdaux dans
les domaines de la biodétection, nous proposons un dispositif
basé sur une matrice de points quantique épitaxialement crûs
(eQD) directement sur un substrat semiconducteur, lequel est
déposé par couches minces. Notre concept de biosenseur à
eQD est résumé dans la figure 1. Une gaufre couverte de eQD,
émettant à des longueurs d’ondes spécifiques, est fonctionnalisée
avec des anticorps biotinés joints à différents analytes,
où ces molécules à base d’ADN servent d’appâts. Une fois
excités, les eQD, de diamètre variant entre 20 – 40 nm, émettent
par photoluminescence (PL) une lumière divergente. Il est
prédit que cette lumière sera modulée en présence de nanoobjets,
tels que des virus piégés en surface.
Nous avons mené de vastes recherches visant la biofonctionnalisation
de la surface de semiconducteurs comme le
GaAs – matériel par excellence pour recouvrir des eQD d’InAs.
L’objectif étant de générer les conditions adéquates pour le
piégeage direct de différents pathogènes viraux à la surface du
GaAs. Nous avons étudié la passivation du GaAs (001) avec
différents thiols et avons déterminé les conditions de déposition
de la biotine pour l’immobilisation d’avidine. Nos calculs
ab-initio d’interactions thiols-GaAs indiquent que ce système
possède une énergie de recombinaison excédant 44 kcal,
ce qui supporte nos observations concernant la stabilité de
différentes biomolécules immobilisées à la surface de GaAs
thiolé. L’importante conclusion de cette première portion de
nos recherches est la forte énergie de recombinaison entre les
Figure 1. Schéma de l’architecture à base de eQD. La mesure de la photoluminescence
des eQD est employée pour détecter les conditions à la surface
du biosenseur.
thiols et le GaAs. La robustesse des liens chimiques de ce
système le place à parité avec le procédé thiols-or et permet
ainsi de valider le potentiel du GaAs comme excellent substrat
pour les différentes recombinaisons biochimiques ciblées.
Une autre approche de biodétection investiguée par notre
groupe est basée sur le phénomène de résonance de plasmons
de surface (SPR). Nous avons inventé une nouvelle
microstructure à base de semiconducteur quantique permettant
d’augmenter la distance de propagation des SPs générés
par un semiconducteur. Au centre de l’invention se trouve une
couche diélectrique adaptatrice de SiO 2, séparant un réseau
d’or du substrat semiconducteur (GaAs), où est confiné un
puits quantique (QW). La solution proposée offre la possibilité
de construire un dispositif biosenseur à SPR monolithiquement
intégré. Un tel dispositif, tout en offrant une sensitivité comparable
aux meilleures méthodes d’analyse SPR conventionnelles
(utilisant des prismes), sera nettement plus compact, précis
et fiable, dû à l’élimination de sources externes pour l’excitation
SPR.
Les méthodes d’interrogation optique des procédés eQD et
QW-SPR, combinées à la miniaturisation des systèmes, offrent
le potentiel d’une biodétection rapide et largement accessible,
c’est-à-dire la détection de multiples pathogènes directement
au point d’intérêt et de traitement (patient ou lieu).
La fabrication et la caractérisation des biosenseurs développés
ont été menées dans les laboratoires supportés par le RQMP.
Le temps de calcul pour la modélisation des interfaces thiols-
GaAs fut assuré par le Réseau québécois de calcul de haute
performance (RQCHP).
Références
• “Surface plasmon assisted photoluminescence in GaAs–AlGaAs quantum well
microstructures”, D. Lepage et J.J. Dubowski,
Appl. Phys. Lett. 91, 163106 (2007).
• “Structure, bonding nature and binding energy of alkanethiolate on As-rich GaAs
(001) surface: a density functional theory study”, O. Voznyy et J.J. Dubowski,
J. Phys. Chem. B 110, 23619 (2006).
• “Immobilization of avidin on (001) GaAs”, X. Ding, Kh. Moumanis, J.J. Dubowski,
E. Frost et E. Escher,
Appl. Phys. A 83, 357 (2006).

Rôle de la reconstruction de la surface de Fermi
dans les supraconducteurs à haute température
Chercheurs : Michel Côté, André-Marie Tremblay et David Sénéchal
Étudiants : Simon Pesant et Louis-François Arsenault
Contact : Michel Côté; michel.cote@umontreal.ca; www.phys.umontreal.ca/~michel_cote
Les supraconducteurs à haute température appartiennent à une famille de matériaux dont les
propriétés changent d’isolant à supraconducteur en fonction de la concentration de « dopant »
(comme l’oxygène). La nature de la phase qui apparaît quand la supraconductivité est détruite par
un champ magnétique est l’un des mystères qui pourrait détenir la clé de la compréhension de tout
le diagramme de phase. Nous étudions la possibilité d’un réarrangement structural (rayures) en
utilisant des approches avancées de la fonctionnelle de densité de même que la possibilité d’ordre
antiferromagnétique à courte portée pour expliquer des résultats expérimentaux récents.
Les matériaux connus sous le nom de supraconducteurs à
haute température ont été découverts il y a plus de 20 ans.
Malgré de nombreuses avancées, nous n’avons pas encore
de théorie complète qui pourrait expliquer leur comportement
inhabituel. Une telle théorie pourrait guider la recherche de
nouveaux supraconducteurs, nous amenant plus près du but
de trouver des matériaux à haute T C qui pourraient fonctionner
à température ambiante.
les configurations en rayures pourraient être stables dans une
plage de dopage. En parallèle, des études phénoménologiques
seront faites pour comprendre sous quelles conditions l’ordre
à courte portée pourrait permettre aux oscillations quantiques
d’être observées sans reconstruction complète de la surface
de Fermi [1].
Une découverte récente importante faite par des chercheurs du
RQMP pourrait jeter de la lumière sur ce problème. Les chercheurs
ont observé des oscillations quantiques sous champ
magnétique intense dans le supraconducteur YBa 2Cu 3O y. Ceci
prouve l’existence d’une surface de Fermi dans les systèmes
sous-dopés près de la phase isolante, un sujet qui a été très
débattu auparavant. Des expériences additionnelles de transport
ont prouvé que même dans les composés dopés aux trous,
une surface de Fermi de type électron peut apparaître. Ceci est
un comportement très contre-intuitif qui nécessite un nouveau
regard. Une explication possible serait que les électrons de ce
système se réorganisent en superstructures connues comme
des « rayures ». De telles structures (surfaces de Fermi reconstruites)
ont été souvent observées dans d’autres composés.
Cependant, dans YBa 2Cu 3O y, la spectroscopie ne révèle pas
leur présence, même si des modèles phénoménologiques
simples suggèrent qu’ils pourraient expliquer les expériences
d’oscillations quantiques.
Les groupes de Michel Côté de l’Université de Montréal,
André-Marie Tremblay et David Sénéchal de l’Université de
Sherbrooke ont joint leurs efforts pour essayer de résoudre ce
mystère. Leur approche est basée sur une combinaison d’Hamiltonien
modèles et d’approche partant des premiers principes.
Premièrement, ils utilisent la théorie de la fonctionnelle
de densité (DFT) pour calculer les propriétés électroniques du
solide dopé YBCO. Ce système représente un défi particulier
pour les approches de DFT traditionnelles car il est difficile
de prendre en considération les corrélations entre électrons.
Des méthodes plus avancées, comme LDA+U, qui empruntent
aux Hamiltoniens modèles, seront utilisées afin de vérifier si
Densité de charge électronique d’un plan cuivre-oxygène du YBa 2Cu 3O y calculé
à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de densité.
Référence
[1] “Pseudogap and Spin Fluctuations in the Normal State of Electron-Doped
Cuprates”, B. Kyung, V. Hankevych, A.-M. Daré et A.-M.S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 93, 147004 (2004).
69 | RQMP | projets

Fuite thermique dans des systèmes de boîtes
quantiques auto-assemblées
Chercheurs : Patrick Desjardins, Richard Leonelli, Remo Masut et Carlos Silva
Collaborateur : Sylvain Raymond (NSERC)
Étudiants : Guillaume Gélinas et Benoit Gosselin
Contact : Richard Leonelli; richard.leonelli@umontreal.ca; www.mapageweb.umontreal.ca/leonelli/
Les systèmes de boîtes quantiques sont utilisés dans des dispositifs optoélectroniques tels les lasers
et les détecteurs infrarouges. Les boîtes quantiques sont aussi les candidats les plus prometteurs à la
réalisation de « qbits », les éléments à la base des ordinateurs quantiques. Ce projet vise à déterminer
les processus physiques qui contrôlent la fuite thermique des porteurs localisés dans les boîtes
quantiques à des températures proches de 300 K.
70 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
Les boîtes quantiques (BQ) sont des nanostructures qui confinent
les fonctions d’onde électroniques dans les trois dimensions
de l’espace. Il en résulte une densité d’états discrète
qui permet de réaliser des dispositifs optoélectroniques
beaucoup plus efficaces. Les BQ sont aussi des candidats
de choix pour réaliser des « qbits», les éléments constitutifs
d’ordinateurs quantiques.
Pour toutes ces utilisations des BQ, il est nécessaire de bien
comprendre les processus physiques qui contrôlent la capture
et la fuite des porteurs. Ces processus demeurent obscurs :
les paires e-h – ou « excitons » – localisées dans les BQ
s’échappent-ils séparément ou de façon corrélée ? Pourquoi
l’émission diminue-t-elle autant lorsque la température passe
de 5 K à 300 K ?
Figure 1. Spectre de PL de BQ InAs/InP en fonction de la température, de 5 K (haut)
jusqu’à 300 K (bas). Les émissions en provenance de la couche de mouillage et
d’au moins trois familles de BQ, caractérisées par des épaisseurs qui ne changent
que d’une seule couche atomique, y apparaissent clairement.
Notre projet vise à répondre à ces questions dans un système
modèle : les BQ InAs/InP. Ces boîtes ont la forme d’une pyramide
tronquée dont les côtés atteignent 40 nm et l’épaisseur
varie de façon discrète de 3 à une dizaine de couches
atomiques. Il en résulte une émission dans laquelle jusqu’à
huit familles de boîtes peuvent être résolues dans un même
échantillon [1]. Comme l’énergie de confinement dépend de la
taille des boîtes, la répartition des excitons dans les différentes
familles change lorsque la température augmente. La figure 1
illustre ce comportement : l’intensité de l’émission des pics à
plus haute énergie décroît lorsque la température augmente
tandis que celle des pics à plus basse énergie augmente avant
de diminuer lorsque la température atteint 200 K.
Figure 2. Schéma du modèle de transfert couple utilisé pour reproduire les
données expérimentales.
Ce comportement complexe sera analysé à partir d’un modèle
basé sur le principe du bilan détaillé, comme schématisé par
la figure 2. Ce modèle requiert toutefois de déterminer indépendamment
des paramètres clés tels les taux de capture et
de fuite et les énergies de confinement des excitons. C’est
pourquoi nous ferons croître des échantillons qui incorporeront
des centres de recombinaison non radiative dans la couche
de mouillage d’InAs aussi bien que dans les barrières d’InP.
Ces échantillons seront caractérisés par plusieurs méthodes
de spectroscopie optique complémentaires comme la photoluminescence
en régimes stationnaire et transitoire et la photoluminescence
sélective.
Référence
[1] “Optical emission from InAs/InP self-assembled quantum dots: evidence for As/P
intermixing”, A. Lanacer, N. Shtinkov, P. Desjardins, R.A. Masut et R. Leonelli,
Semicond. Sci. Technol. 22, 1282 (2007).

Étude de la structure électronique de points quantiques
isolés par microscopie à force électrostatique à 4,5 K
Chercheurs : Peter Grütter, Yoichi Miyahara et Ashish Clerk
Collaborateurs : Andy Sachrajda, Sergei Studenikin et Philip Poole (IMS-NRC)
Étudiante : Lynda Cockins
Contact : Peter Grütter; grutter@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~peter
La microscopie à force électrostatique (Electrostatic force microscopy – EFM) est un outil
puissant pour étudier les propriétés électriques de dispositifs à l’échelle du nanomètre. Il nous
a permis de faire des mesures de force révélant la charge d’un seul électron dans des points
quantiques (PQ) isolés d’InAs auto-assemblés par croissance épitaxiale. Des expériences plus
poussées révéleront la structure des niveaux d’énergie interne de tels PQs isolés. La technique
est également appliquée à l’étude des fluctuations spatiales et temporelles des charges dans des
dispositifs à l’échelle du nanomètre.
À l’instar des atomes, les points quantiques (PQ) ont une structure
électronique définie par des niveaux discrets : ils sont
pour cette raison parfois appelés « atomes artificiels ». Il nous
importe de comprendre comment la structure (forme et taille)
des points quantiques influence leur structure électronique,
car celle-ci influencera à son tour, les propriétés de dispositifs
(c.-à-d. lasers semiconducteurs et automates cellulaires quantiques)
auxquels ils sont intégrés.
Le modèle théorique du prof. A. Clerk prédit que l’amortissement
en fonction de la température fournit le niveau d’énergie
interne d’un PQ. Des expériences réalisées sous l’effet d’un
champ magnétique fourniraient aussi cette information. L’AFM
cryogénique, équipé d’un aimant supraconducteur de 8 T,
permet de conduire les deux expériences, afin d’étudier simultanément
plusieurs PQs, de tailles et formes différentes.
Nous cherchons à définir les niveaux énergétiques de PQs
isolés en mesurant la force électrostatique à l’aide d’un microscope
à force atomique (AFM) cryogénique, sensible à la force
électrostatique due à un seul électron.
L’AFM fait osciller, à quelques nanomètres au-dessus de
l’échantillon, un micro levier (cantilever) doté d’une pointe
métallique. Nous enregistrons la variation de la résonance de
celle-ci, qui est due à la variation de la force d’interaction entre
la pointe et l’échantillon. L’application d’un voltage correctif
permet d’isoler la force électrostatique. Une carte spatiale
de la force électrostatique à la surface de l’échantillon, d’une
résolution de l’ordre du nanomètre, est obtenue par balayage
de l’échantillon avec la pointe. L’information peut être aussi
obtenue localement, en immobilisant celle-ci.
Figure 2. Variation de fréquence (rouge) et amortissement (vert) en fonction du
voltage de correction, sur un PQ d’InAs.
Figure 1. Image AFM de PQs
dans l’InAs.
En plaçant la pointe sur un PQ
d’InAs (Figure 1), et en appliquant
le voltage correctif, des
sauts discrets de la fréquence
d’oscillation du cantilever indiquent
les variations subites de la
force. Ces variations sont dues à
l’entrée, ou au départ, d’un seul
électron dans le PQ. La mesure
simultanée de l’amortissement
du cantilever montre des pics
aux mêmes voltages (Figure 2).
Cela signifie qu’une fraction de
l’énergie du cantilever est transférée
à la charge du PQ.
Cette technique, permettant la mesure des fluctuations spatiales
et temporelles du champ électrostatique, sera appliquée à
l’étude de l’influence de telles fluctuations sur les propriétés de
dispositifs à l’échelle du nanomètre.
Références
• “High-aspect ratio metal-tips attached to atomic force microscopy cantilevers
with controlled angle, length and radius for electrostatic force microscopy”,
L. Cockins, Y. Miyahara, R. Stomp et P. Grutter,
Rev. Sci. Instrum. 78, 113706 (2007).
• “Detection of single electron charging in an individual InAs quantum dot by
noncontact atomic force microscopy”, R. Stomp, Y. Miyahara, S. Schaer, Q. Sun,
H. Guo, P. Grutter, S. Studenikin, P. Poole et A. Sachrajda,
Phys. Rev. Lett. 94, 056802 (2005).
• “Determination of T c , Vortex Creation and Vortex Imaging of a Superconducting
Nb Film using Low Temperature Magnetic Force Microscopy”,
M. Roseman et P. Grutter,
J. Appl. Phys. 91, 8840 (2002).
71 | RQMP | projets

Microscope à balayage de sonde à très basse température
Chercheurs : Peter Grütter, Guillaume Gervais, Michael Hilke, Roland Bennewitz et Aashish Clerk
Étudiants : James Hedberg et Dr. Vera Sazonova
Contact : Peter Grütter; grutter@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/spm
Nous construisons un microscope à balayage de sonde pouvant opérer à des températures de
l’ordre de 50 mK et sous des champs magnétiques de 16 T. Le microscope est basé sur un capteur
à diapason. Des moteurs à glissement saccadé associés à des capteurs capacitifs assurent le
positionnement grossier de l’échantillon et de l’unité de balayage. Cet instrument est destiné à
l’étude de divers états quantiques accessibles seulement en ces conditions.
72 | RQMP | projets | Propriétés électroniques et quantiques des matériaux
La microscopie à balayage de sonde est une technique puissante
couramment utilisée non seulement pour caractériser la
structure atomique des surfaces, mais pour sonder la structure
spatiale de divers phénomènes. Elle peut servir à détecter
différents types d’interactions — atomiques, électrostatiques,
magnétiques, etc. — selon le type de sonde utilisée. À l’inverse,
l’opération peut être renversée et la sonde peut servir à son tour
à influencer localement l’échantillon. En ajoutant à cette technique
les propriétés de fonctionner à très basse température
et sous l’influence d’un champ magnétique élevé, nous aurons
la possibilité d’étudier et de manipuler divers états quantiques
exotiques observés seulement dans ces conditions extrêmes.
Notre microscope est basé sur un diapason de quartz dont
un des micros-leviers (cantilever) est une pointe de Si. Cette
pointe, lorsque balayée très près de la surface, est sujette aux
forces émanant de celle-ci. Les gradients de force spatiaux
provoquent une modification de la fréquence de résonance,
ou de l’amplitude, du diapason. En mesurant celle-ci, en fonction
de la position de la pointe sur l’échantillon, nous pouvons
tracer une carte spatiale des interactions entre la pointe et
l’échantillon.
Le microscope est monté sur un réfrigérateur à dilution dont la
température de base est de 50 mK, au centre d’un aimant de
16 T. Un grand soin est apporté à isoler le système des vibrations.
La sonde est installée au-dessus du tube piézoélectrique
de balayage, surmonté de l’échantillon, qui est installé à l’envers
(Figure 1). Des moteurs à glissement saccadé associés à
des capteurs capacitifs assurent le positionnement grossier de
l’échantillon et de l’unité de balayage à basse température. Les
contrôles électroniques assurant l’opération du microscope
sont à la température ambiante.
Nous avons d’abord vérifié le fonctionnement du microscope
aux conditions ambiantes et dans l’azote liquide. La standardisation
de l’espacement, de la taille et de la profondeur des alvéoles
de DVD (Figure 2) nous a permis de calibrer les constantes
piézoélectriques à différentes températures. La démonstration
de la stabilité du microscope est faite par l’image de marches
atomiques sur du KBr à 4 K et 15 T. Il s’agit de l’image AFM
sous le plus haut champ magnétique jamais réalisée. Nous
travaillons maintenant à la réalisation de mesures à 50 mK.
Figure 1. Photographie et schéma du microscope.
Figure 2. Image d’alvéole
de DVD prise à 77 K.
Figure 3. KBr à 4 K et 15 T. Les marches
atomiques sont bien visibles.

Dispersion réglée de nanoparticules métalliques sur les nanotubes de
carbone, à partir d’une compréhension de leurs interactions interfaciales
Chercheurs : Edward Sacher et Alain Rochefort
Collaborateurs : J.-P. Dodelet (INRS-ÉMT); M. José-Yacamán (U. Texas, Austin)
Étudiants : M.-A. Bostetter, B. Hennequin, S.-H. Sun, D.-Q. Yang et G.-X. Zhang
Contact : Edward Sacher; edward.sacher@polymtl.ca; www.polymtl.ca/recherche/rc/professeurs/details.php?noprof=147
Nous étudions les interactions interfaciales entre les nanoparticules métalliques et les nanotubes
de carbone pour les applications telles les piles à combustible, où les réactions qui produisent
le courant électrique se font à la surface de ces nanoparticules. Une forte interaction adhésive
empêche la diffusion des nanoparticules à travers la surface, et leur coalescence. Parce que les
CNTs sont non-réactifs, le lien covalent qui amène à une forte adhérence nécessite l’introduction
de groupements chimiques spécifiques auxquels les nanoparticules peuvent lier. Nous étudions
l’introduction de tels groupements par plusieurs techniques. Nos buts principaux sont le contrôle
de la densité surfacique et les dimensions des nanoparticules déposées.
Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
Les cycles fusés qui composent la structure graphène de nanotubes
de carbone (CNTs) sont appelés un hydrocarbure alternant.
À part leurs bords, chaque atome est lié á trois autres;
les électrons liants qui restent forment un système d’orbitales
délocalisées. Un tel système est chimiquement non-réactif et
les nanoparticules (NPs) métalliques qui y sont déposées sont
faiblement liées par chevauchement d’orbitales [D.-Q. Yang
et coll., Appl. Surf. Sci. 165, 116 (2000)]. Les liens plus forts,
nécessaires pour fournir une bonne adhérence, doivent être
formés par l’introduction de groupements chimiques spécifiques
dans la structure graphène, accompli par les réactions
spécifiques peu sévères, réglées, reproductibles et bien caractérisées.
De telles réactions doivent causer un endommagement
minimal et introduire des groupements chimiques bien
distribués et à haute densité surfacique.
Le contrôle de telles réactions, à la nanoéchelle, dépend de
notre capacité de les caractériser. Notre groupe a déjà passé
huit ans au développement des techniques et à leur compréhension,
ce qui permet les telles caractérisations. Notre arsenal
inclut les instruments qui permettent les études chimique
et morphologique, à la nanoéchelle. Leur combinaison offre un
aperçu de la NP à la surface, ainsi que la chimie interfaciale.
Les techniques de fonctionnalisation explorées par ces méthodes
incluent le bombardement ionique, la gravure par plasma
réactif, la sonication aqueuse, l’oxydation par un mélange
des acides nitrique/sulfurique et les interactions p-p. Cette
dernière technique est particulièrement avantageuse parce
qu’aucun lien n’est formé avec le CNT et donc, il n’y a pas
d’endommagement. De plus, quand la fonctionnalité p-p réagit
avec les NPs métalliques, presque la surface entière des CNTs
est recouverte.
Un exemple de la fonctionnalisation p-p : un CNT recouvert totalement avec les
nanoparticules de < 2 nm après fonctionnalisation avec benzyle mercaptan.
Références
• “X-ray photoelectron spectroscopic analysis of Pt nanoparticles on highly
oriented pyrolytic graphite, using symmetric component line shapes”,
G.-X. Zhang, D.-Q. Yang et E. Sacher,
J. Phys. Chem. C 111, 565 (2007).
• “XPS demonstration of p-p interaction between benzyl mercaptan and
multiwalled carbon nanotubes and their use in the adhesion of Pt nanoparticles”,
D.-Q. Yang, B. Hennequin et E. Sacher,
Chem. Mater. 18, 5033 (2006).
73 | RQMP | projets

Diffraction électronique femtoseconde :
filmer molécules et matériaux à l’échelle atomique
Chercheur : Bradley J. Siwick
Collaborateurs : Jom Luiten et Marnix van der Wiel (Eindhoven, Pays-Bas)
Étudiants : Chris Godbout, Robert Chatelain, Vance Morrison et Thana Ghunaim
Contact : Bradley J. Siwick; bradley.siwick@mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~siwick/
Un des grands défis expérimentaux de la physique et de la chimie est d’obtenir une représentation en
temps réel des réactions chimiques et transitions de phases, par la résolution des mouvements des
atomes pendant la rupture et la création de liens chimiques ou encore, l’évolution de la configuration
atomique d’un matériau au cours des transitions de phases. La diffraction électronique femtoseconde
est une nouvelle technique expérimentale qui tente de répondre à ces questions en produisant des
« films moléculaires » de ces procédés microscopiques.
74 | RQMP | projets | Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
On affirme couramment que la quasi-totalité de la chimie et
de la physique de la matière condensée peuvent être décrites
en termes de « déplacement et réarrangement » des atomes.
L’observation directe de ces mouvements requiert que nous
soyons en mesure d’acquérir de l’information structurelle au
cours de l’intervalle d’une seule période de vibration atomique
(~10 -13 s). Jusqu’à récemment, aucune technique expérimentale
n’a pu fournir à la fois les résolutions spatiale et temporelle
nécessaires à observer ces processus microscopiques.
La diffraction d’électrons femtoseconde, en combinant les
outils et techniques de la spectroscopie laser ultrarapide
avec ceux de la microscopie électronique, constitue une toute
nouvelle approche pour obtenir ces détails. Tout d’abord, une
impulsion laser ultracourte porte le système — molécule ou
matériau — dans un état excité, hors équilibre. À un intervalle
de temps contrôlé à la suite à cette excitation, une impulsion
électronique ultracourte est dispersée sur l’échantillon
et le patron de diffraction électronique est enregistré. Celui-ci
referme une grande quantité d’informations sur la configuration
atomique de l’échantillon à un instant précis. L’enregistrement
d’une série de schémas de diffraction à des intervalles précis
après l’excitation — à la façon d’un stroboscope — produira
un « film » de mouvements atomiques.
L’efficacité de cette approche a été vérifiée par l’étude de
la fusion, induite par laser, de l’aluminium polycristallin. Les
résultats, présentés à la figure ci-dessous, nous ont permis
de déterminer que l’aluminium fondait à partir de l’intérieur,
par un processus appelé « nucléation homogène », contrairement
au processus de fusion nucléée à la surface, qui est
plus courant. Le matériau est également surchauffé à 1,5 fois
la température de fusion normale avant que la transition de
phase ne se produise.
En collaboration avec un groupe de recherche d’Eindhoven
(Pays-Bas), nous étudions les approches utilisées par ces
« physiciens des particules » afin d’améliorer notre source
d’électrons. Nous envisageons une amélioration de 3 à 4 fois la
résolution actuelle, ce qui nous permettra d’aborder l’étude de
systèmes de complexité supérieure.
(a)
(c)
(b)
Résolution atomique de la fusion – (a) Patron de diffraction montrant la progression
de la transition polycristal-liquide dans l’Al. Les réarrangements structuraux
durent 3,5 ps (1 ps = 10 -12 s); (b) Structure cubique à face centrée de l’Al. La
couleur des atomes réfère à une distance donnée par rapport à l’atome central,
noir; (c) Spectre résolu dans le temps des espacements interatomiques, G(r,t), au
cours de la transition de phases.
Références
• “An Atomic-Level View of Melting Using Femtosecond Electron Diffraction”,
B.J. Siwick, J.R. Dwyer, R.E. Jordan et R.J.D. Miller,
Science 302, 1382 (2003).
• “A sub-100 fs electron source for single-shot ultrafast electron diffraction
in the 100 keV range”, T. van Oudheusden et coll,
J. Appl. Phys. 102, 093501 (2007).

Structure du silicium amorphe
— défauts, ordre local et relaxation
Chercheurs : Laurent Lewis, Normand Mousseau, Sjoerd Roorda et François Schiettekatte
Stagiaire postdoctoral : Ali Kerrache
Étudiants : Houssem Kallel, Jean-François Joly, Gabriel Geadah-Antonius et Philippe St-Jean
Contact : Normand Mousseau; normand.mousseau@umontreal.ca; www.phys.umontreal.ca/~mousseau
Les matériaux désordonnés sont utilisés fréquemment dans l’industrie électronique. Par exemple, le
silicium amorphe est utilisé comme transistor dans les écrans plats à cristaux liquides. Ce matériau est
aussi considéré comme le représentant le plus simple d’une grande famille de matériaux désordonnés
tels que la silice qu’on utilise dans les verres. Nous nous intéressons ici à comprendre, par des
approches théoriques et expérimentales, ce que veut dire un matériau désordonné de bonne qualité.
Il nous faut donc définir un bon et un moins bon désordre et comprendre ce que peut être un défaut
dans un tel système.
Le silicium est à la base de l’industrie de l’électronique. En
général, on l’utilise sous une forme de cristal, où tous les
atomes sont bien placés, en rang, à l’infini. Toutefois, il arrive
que des erreurs de positionnement se produisent, introduisant
des défauts dans le bel ordre cristallin. Ainsi, il peut arriver
qu’un atome manque, laissant un trou, qu’on appelle lacune,
dans le cristal. Il se peut aussi qu’un atome en trop soit forcé
à se placer dans un espace libre dans le cristal, formant un
interstitiel. Nous avons présentement une très bonne compréhension
des défauts dans le silicium et, en général, dans les
autres matériaux cristallins. Mais comment identifier un défaut
dans un matériau désordonné ? La question se pose dans le
cas du silicium amorphe, une autre phase du silicium, qui est
utilisée dans les écrans plats à cristaux liquides par exemple.
Dans ce matériau, les atomes ne sont plus alignés, mais s’ordonnent
plutôt de manière aléatoire en ne respectant qu’une
seule règle : chaque atome de silicium ne doit avoir que
4 atomes voisins, tout comme dans le cristal.
L’importance de ces travaux est à la fois fondamentale et
appliquée. D’un point de vue fondamental, par exemple, il est
intéressant de voir comment on peut définir un défaut, quelque
chose qui sort de l’ordinaire, dans un matériau déjà désordonné.
Du côté appliqué, une meilleure compréhension des
structures atomiques responsables de certaines propriétés
électroniques nuisibles permettrait de développer des mécanismes
de compensation, améliorant d’autant l’utilité de ce
matériau dans l’industrie électronique.
En plus d’avoir une importance technologique certaine, le silicium
amorphe représente un système modèle pour tous les
matériaux désordonnés tels que les verres et les polymères. Afin
de caractériser la structure du silicium amorphe et de définir ce
que veut dire un défaut dans ce type de matériaux, l’équipe
peut compter sur trois spécialistes mondiaux dans le domaine :
deux théoriciens — Laurent Lewis et Normand Mousseau, et
un expérimentateur — Sjoerd Roorda. Ayant accès aux ordinateurs
massivement parallèles du Réseau québécois de calcul
de haute performance, ainsi qu’aux accélérateurs de particules
du Département de physique de l’Université de Montréal, les
chercheurs sont dans une position privilégiée pour faire des
progrès sur ce problème et, en particulier, identifier clairement
la nature des défauts observés de manière indirecte par des
mesures expérimentales de relaxation.
Modèle de silicium amorphe. Chaque atome est dans un environnement similaire
au cristal alors que le matériau est pourtant bien désordonné.
Références
• “Dependence of the structural relaxation of amorphous silicon on implantation
temperature”, J.-F. Mercure, R. Karmouch, Y. Anahory,
S. Roorda et F. Schiettekatte,
Phys. Rev. B 71, 134205 (2005).
• “Energy landscape around a minimum in a-Si”, F. Valiquette et N. Mousseau,
Phys. Rev. B 68, 125209 (2003).
• “Evolution of the potential-energy surface of amorphous silicon”,
H. Kallel et N. Mousseau,
in preparation.
75 | RQMP | projets

Viscoélasticité des élastomères
Chercheurs : Mark Sutton et Luc Piché
Collaborateurs : F. Livet, F. Bley (I.N.P.G), F. Ehrburger-Dolle, E. Geissler et I. Morfin (U. Joseph Fourier)
Contact : Mark Sutton, McGill; mark@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~mark/
Partant de notre technique de spectroscopie des fluctuations d’intensité de rayons X, on construit
une cellule de force in situ pour sonder l’origine microscopique de la viscoélasticité des élastomères
caoutchoucs. Notre approche hétérodyne distingue écoulement local et processus dissipatifs.
76 | RQMP | projets | Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
Le réseau formé par les enchevêtrements des chaînes polymères
avec des noeuds fixés par réticulation ou par greffage
sur des additifs de particules solides confère aux élastomères
caoutchoucs leur réponse élastique et réversible même
devant les grandes déformations. Ici, il n’y a qu’à penser aux
applications pour les pneumatiques. En vue de sonder l’origine
microscopique de ces propriétés globales, on complète
notre technique de spectroscopie des fluctuations d’intensité
des rayons X (XFIS) par des mesures effort déformation
simultanées.
Figure 1. Exemple d’ajustement par fonction de corrélation simple (noir) puis corrigée
pour la taille finie des zones de moyennage (rouge).
Les hypothèses récentes attribuent l’origine des propriétés
d’élasticité entropique des caoutchoucs à un effet couplé des
réseaux moléculaires interpénétrés et des agrégats filamentaires
formés par les particules d’additifs. En particulier, on fait
référence à l’idée de blocage (jamming), par analogie avec les
écoulements granulaires où la dynamique est freinée par les
encombrements associés à la proximité des particules [1].
Les expériences sont réalisées sur la ligne IMMY/XOR-CAT
(8-ID) du synchrotron de l’APS (Argonne, IL, USA) [2]. On fait
appel à une technique que nous avons développée récem-
ment : l’échantillon est éclairé avec des rayons X cohérents et
les fluctuations d’intensité sont évaluées par spectroscopie
hétérodyne [3].
Une série de systèmes modèles sont étudiés. Les polymères
de base sont, soit une résine éthylène propylène (EPR) ou un
composé similaire d’éthylène propylène avec un diène non
conjugué (EPDM). Les additifs de particules solides proviennent
de noir de carbone ou de fumée de silice. En jouant sur le
taux de réticulation et la teneur en additifs, on ajuste les paramètres
qui fixent les propriétés élastiques.
S’il y a écoulement de la matière, la fonction de corrélation
obtenue en mode hétérodyne va présenter une série d’oscillations
amorties dont l’enveloppe est une mesure directe de
la dissipation. Ainsi, en mode hétérodyne la technique XIFS
permet de mesurer à la fois les effets d’advection et de dissipation
qui définissent l’équation de mouvement. L’approche se
présente donc comme un outil puissant pour étudier les mécanismes
à l’origine de la viscoélasticité.
Ici, on illustre la méthode à partir de résultats préliminaires
obtenus avec des résines EPDM réticulées contenant des
particules de silice. Les fonctions de corrélation dépendent du
vecteur d’onde et de l’angle f avec la direction de l’écoulement
local. À titre d’exemple, à la figure 1, l’échelle des intensités
indique le degré de corrélation : on voit nettement apparaître
les oscillations et la dépendance à l’angle f. On a ajouté les
lignes de contour obtenues par ajustement avec une fonction
exponentielle amortie où la fréquence dépend de f. Les résultats
sont probants; en particulier on peut estimer la direction,
f 0 = 291.7°, ainsi que la vitesse v = 3.09 Å/s de l’écoulement
local (t = 88.03 s pour q = .008 Å -1 ). Évidemment, il reste encore
beaucoup à faire; néanmoins il est manifeste que la méthode
produit des résultats nouveaux concernant l’origine microscopique
de la viscoélasticité dans les élastomères.
Références
[1] “Jamming is not cool anymore”, A.J. Liu et S.R. Nagel,
Nature 396, 21 (1998).
[2] “Structure and dynamics of concentrated dispersions of polystyrene
latex spheres in glycerol: Static and dynamic x-ray scattering”,
D. Lumma, L.B. Lurio, M.A. Borthwick, P. Falus et S.G. Mochrie,
Phys. Rev. E 62, 8258 (2000).
[3] “X-ray intensity fluctuation spectroscopy by heterodyne detection”,
F. Livet, F. Bley, F. Ehrburger-Dolle, I. Morfin, E. Geissler et M. Sutton,
J. Synch. Rad. 13, 453 (2006).

Synthèse « verte » de nanoparticules non-toxiques
par laser pour des applications biomédicales
Chercheur : Michel Meunier
Collaborateurs : Andrei Kabashin (Polytechnique); Françoise Winnik (U. Montréal); Lothar Lilge (U. Toronto, Ontario)
Associé de recherche : Sergiy Patskovsky; Stagiaire postdoctoral : Jean-Philippe Sylvestre
Étudiants : Sébastien Besner, Paul Boyer, David Rioux et Étienne Boulais
Contact : Michel Meunier; michel.meunier@polymtl.ca; http://lpl.phys.polymtl.ca/
La technique d’ablation laser pulsé en milieu liquide (Pulsed laser ablation in liquid – PLAL) et de
fragmentation/croissance induite par laser (Laser-induced fragmentation/growth – LIF/G) permet de
synthétiser des nanoparticules (NPs) métalliques (Au, Ag, Pt, Fe, Co, etc.) et semiconductrices (Si,
Ge, etc.) dont la distribution de taille peut être contrôlée en modifiant les paramètres du laser et la
nature de l’environnement liquide. Synthétisées dans des milieux liquides biocompatibles, ces NPs
possèdent elles-mêmes une biocompatibilité accrue car leurs surfaces ne sont pas contaminées par
les réactifs toxiques employés traditionnellement dans des procédés de réduction chimique. Les
techniques de LIF/G sont également développées pour créer différents nanocomposés complexes
tels que des alliages métastables.
Les propriétés chimiques et physiques uniques des nanomatériaux
inorganiques les amènent à remplacer graduellement
les marqueurs organiques traditionnels dans nombre d’applications
biomédicales. Toutefois, les problèmes associés à
leur biocompatibilité mettent un frein à leur introduction dans
des applications in vivo. Les sources de toxicité des NPs sont
généralement associées à leur composition (ex. : Cd) ou aux
sous-produits des réactions de synthèse qui contaminent leur
surface. Pour résoudre ces inconvénients, nous développons
une technique de synthèse alternative combinant l’ablation et
le contrôle de taille par laser femtoseconde en milieu aqueux
biocompatible pour synthétiser des nanomatériaux métalliques
et semiconducteurs (Figure 1).
Figure 2. NPs d’or produites par PLAL et LIG dans une solution aqueuse de dextran.
La taille finale est contrôlée par le rapport molaire Dextran/Au.
Figure 1. PLAL femtoseconde (gauche) et LIF par auto-génération de lumière
blanche en milieu aqueux (droite).
Cette méthode en deux étapes nous permet de contrôler de
façon précise la taille des NPs entre 2 et 80 nm, avec une
dispersion de taille qui se compare avantageusement avec
celle obtenue avec les méthodes de synthèse chimique traditionnelles.
De plus, elle ne requiert pas l’utilisation d’agents
réducteurs ou de stabilisants toxiques. La figure 2 illustre le
contrôle de taille possible avec cette méthode pour des NPs
d’or stabilisées avec du dextran. De plus, le Dr. Prasad de
l’Université de Buffalo a démontré que ces NPs ultra-pures
améliorent grandement le rapport signal sur bruit lors de tests
de diffusion Raman augmentée en surface (SERS); augmentant
ainsi la limite de sensibilité de la technique.
Nos travaux visent maintenant à appliquer cette technique à
la production de structures complexes comme des alliages
ou des structures cœur-coquille, synthétisés en milieu aqueux
biocompatible, pour des applications biomédicales comme
la production d’oxygène singulet pour la thérapie photodynamique
(Lothar Lilge), la thérapie photothermique et la biodétection
SERS. Nos particules de Co et de Ni sont amorphes
et possèdent un caractère superparamagnétique à des tailles
supérieures aux limites théoriques de la transition vers le ferromagnétisme.
Le fait que nos nanoparticules soient amorphes
donne la possibilité d’exercer un contrôle par recuit sur la force
des échanges d’énergie, modifiant ainsi la contribution de la
surface à la magnétisation globale de nanomatériaux magnétiques
mous.
Références
• Synthesis of size-tunable polymer protected gold nanoparticles by
femtosecond laser-based ablation and seed growth”, S. Besner, A. V. Kabashin,
F. M. Winnik et M. Meunier,
J. Phys. Chem. C (Accepté 2009).
• “Ultrafast laser based «green» synthesis of non-toxic nanoparticles in aqueous
solutions”, S. Besner, A. V. Kabashin, F. M. Winnik et M. Meunier,
Appl. Phys. A-Mater. 93, 955 (2008).
• ““Fragmentation of colloidal nanoparticles by femtosecond laser-induced
supercontinuum generation”, S. Besner, A. V. Kabashin et M. Meunier,
Appl. Phys. Lett. 89, 233122 (2006).
77 | RQMP | projets

Réalisation de diodes électroluminescentes bleues et UV, à haut rapport Lumen/Watt, à
base d’hétérostructures d’AlGaN/GaN, par procédé de gravure sèche au plasma inductif
Chercheurs : Vincent Aimez, Richard Arès, Dominique Drouin et Richard Leonelli
Collaborateurs : G. Huminic et H. Helava (Le Groupe Fox Inc., Pointe-Claire, Québec)
Étudiants : Rym Feriel Leulmi et Colin-Nadeau Brosseau
Contact : Vincent Aimez; vincent.aimez@usherbrooke.ca; www.crn2.ca/pages_personnel/aimez/
Depuis quelques années, une révolution est en cours dans l’industrie des semiconducteurs III-V.
La production de diodes électroluminescentes dans l’ultra-violet (DELs UV) et bleues attire de
plus en plus d’attention. Ces dispositifs vont jouer un rôle central dans les nouvelles solutions,
pour l’éclairage, les applications médicales et l’environnement. Afin de faciliter leur pénétration en
masse dans le marché, des efforts considérables ont été déployés pour améliorer l’efficacité des
DELs et ainsi réduire leur coût.
78 | RQMP | projets | Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
Ce projet, entrepris en collaboration avec le Groupe Fox, vise à
améliorer à la fois la microfabrication et les performances des
DELs de GaN. Notre approche utilise la gravure par plasma
inductif (ICP) et les modifications de surface pour améliorer
l’extraction des photons.
Actuellement, le problème ayant le plus d’impact sur l’efficacité
des DELs provient de la valeur élevée de l’indice de réfraction
du GaN qui empêche la majorité des photons générés de
s’échapper, limitant ainsi l’efficacité lumineuse du dispositif. Il
a été démontré que l’augmentation de la rugosité de la surface
du dispositif permet d’augmenter la proportion des photons
qui parviennent à s’échapper. Les surfaces sont rendues
rugueuses par gravure du matériau de base, ou d’une couche
de recouvrement.
Figure 1. DEL bleue sur banc d’essai.
Nous avons récemment entrepris des mesures de photoluminescence
résolues dans le temps pour caractériser les propriétés
du matériau et mesurer les effets du procédé de fabrication
sur les performances.
Les DELs UV, émettant à des longueurs d’ondes inférieures
à 375 nm en sont encore à leurs premiers balbutiements.
L’efficacité de tels dispositifs reste très modeste; l’amélioration
de cette situation nécessitera une étude détaillée des propriétés
des matériaux par des mesures de XRD, AFM et de cathodoluminescence,
et une interaction étroite avec les épitaxieurs.
Gravure du GaN par plasma ICP
La gravure par plasma ICP est un type de gravure aux ions
réactifs, à l’aide d’un plasma à haute densité. Cette techni-
que produit une gravure sèche, anisotrope, non sélective, de
haute qualité.
Le système de gravure ICP, utilisé dans ce projet, est installé
dans les laboratoires du CRN 2 . On utilise des chimies chlorées
pour produire des mesas et des contacts de hautes résolutions.
Des exemples sont illustrés à la figure 2.
Figure 2. Image SEM de DELs à base de AlGaN/GaN avec différentes structures
mesa.
Fabrication de DELs bleues et UV
Ce projet améliorera les performances des DELs (lumen/
Watt), ainsi que le rapport Lumen/$, avec un fort potentiel
d’échanges industriels par la collaboration avec Le Groupe
Fox Inc. Notre but est de maintenir le procédé de fabrication
simple et économique. Nous nous concentrons principalement
sur l’amélioration de la qualité des contacts. Des
résultats préliminaires montrent une augmentation de plus
de 20 % de l’efficacité d’émission, sans changer la structure.
Nous avons utilisé une stratégie de contacts interdigités.
D’autres améliorations sont envisagées, ainsi que des étapes
de modifications de la surface.
Référence
• “Brightness enhancement of blue light emitting diodes based on AlGaN/GaN
heterostructures with ICP etching”, R.F. Leulmi, V. Aimez, R. Arès,
G. Huminic et H. Helava,
Canadian Conference on Semiconductor technology,
Montréal, août 2007.

AFM pour les sciences biologiques :
neurones, cellules de muscle lisse et points quantiques clignotants
Chercheurs : Peter Grütter, Hélène Bourque, Paul Wiseman et Robert Bruce Lennox
Collaborateurs : Y. de Koninck (U. Laval); J. Martin (Meakins Christie Labs); J. Dent et H. Sleiman (U. McGill); E. Shoubridge (Institut neurologique de Montréal)
Étudiants : Nela Durisic et Fernando Suarez
Contact : Peter Grütter; grutter@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/spm
La microscopie à force atomique (Atomic Force Microscopy – AFM) combinée à des techniques
de fluorescence, s’avère un outil puissant pour étudier les phénomènes biologiques. En effet, la
combinaison de l’AFM avec les méthodes biochimiques et techniques optiques nous permet de
visualiser l’effet cellulaire, ou macroscopique, d’interactions prenant place à l’échelle moléculaire.
Cette technique a permis entre autres, de déterminer les propriétés viscoélastiques de cellules
musculaires lisses (importance pour le traitement de l’asthme), les changements dans les propriétés
mécaniques au cours de la formation de synapse ainsi que les propriétés photophysiques de points
quantiques semiconducteurs. Cette infrastructure, et l’expertise qui y est associée, sont accessibles
aux utilisateurs externes; les projets de recherche sont entrepris avec des collaborateurs des
sciences biologiques.
La combinaison de l’AFM avec des méthodes de fluorescence
à un seul photon et des mesures électrophysiologiques permet
d’adapter la technique à des applications biologiques. Une
cellule de perfusion à température contrôlée permet de traiter
des échantillons en solution, en contrôlant la température et
les échanges de drogues. Les expériences peuvent donc être
conduites in vitro, sur des cellules vivantes en culture.
fluorescence (TIRF) » à cinq longueurs d’onde), une camera
pouvant détecter un seul photon et mesures par la méthode de
« patch clamp » sur des canaux isolés (Figure 2).
Quelques exemples de projets en cours sont : (i) stratégies
pour fixer des ligands aux pointes d’AFM, (ii) effets coopératifs
de protéines sur l’empaquetage de l’ADN (Figure 1), (iii) modification
des propriétés viscoélastiques de cellules de muscle
lisse en réponse à diverses drogues, (iv) effets des propriétés
chimiques et mécaniques du substrat sur l’expression génique
dans des cellules de muscle lisse en culture, (v) modification
des propriétés mécaniques au cours de la formation
de la synapse dans des neurones de rat en culture (Figure 1),
(vi) étude du clignotement de points quantiques semiconducteurs
et leur application comme marqueurs de mouvements
cellulaires, (vii) effets photophysiques des variations de pH et
(viii) études FRET de canaux protéiques chez C. elegans. Ces
projets, typiquement entrepris en collaboration avec des chercheurs
des sciences biologiques, requièrent souvent l’adaptation
de certaines composantes du système. Par exemple : le
développement de substrats planaires, combinant les techniques
d’AFM, microscopie par fluorescence (« internal reflection
Figure 1. Gauche : empaquetage d’ADN par la protéine mitochondriale TFAM (image
AFM sans contact 200 nm x 200 nm). Centre et droite : Propriétés mécaniques
de synapses neuronales à différents stades de formation. Centre : topographie
AFM; droite : carte d’élasticité.
Figure 2. Bioscope AFM sur microscope optique inversé. Ce système est accessible
aux utilisateurs externes.
Références
• “Dendritic Spine Viscoelasticity and Soft-Glassy Nature: Balancing Dynamic
Remodeling with Structural Stability”, B.A. Smith, H. Roy, P. De Koninck,
P. Grutter et Y. De Koninck,
Biophys. J 92, 1419 (2007).
• “The Mitochondrial Transcription Factor TFAM Coordinates the Assembly of
Multiple DNA Molecules into Nucleoid-like Structures”, B. Kaufman, N. Durisic,
J. Mativetsky, S. Costantino, M. Hancock, P. Grutter et E. Shoubridge,
Mol. Biol. Cell. 18, 3225 (2007).
• “Detection and Correction of Blinking Bias in Image Correlation Transport
Measurements of Quantum Dot Tagged Macromolecules”, N. Durisic, A.I. Bachir,
D.L. Kolin, B. Hebert, B.C. Lagerholm, P. Grutter et P.W. Wiseman,
Biophys. J 93, 1338 (2007).
• “DNA-Protein Non-Covalent Crosslinking: Ruthenium Dipyridophenazine Biotin
Complex for the Assembly of Proteins and Gold Nanoparticles on DNA Templates”,
M. Slim, N. Durisic, P. Grutter et H. Sleiman,
Chem.Bio.Chem. 7, 804 (2007).
• “Probing the Viscoelastic Structure of Cultured Airway Smooth Muscle Cells
with AFM: MLCK-Independent Stiffening Induced by Contractile Agonist”,
B.A. Smith, B. Tolloczko, J.G. Martin et P. Grutter,
Biophys. J 80, 2994 (2005).
79 | RQMP | projets

Capteurs biochimiques micromécaniques
Chercheurs : Peter Grütter, Hélène Bourque, Yoshihiko Nagai et Robert Bruce Lennox
Collaborateurs : R. Sladek (Genome Quebec & Genomics, U. McGill); J. White (Physiology, U. McGill)
Étudiants : Tanya Monga, Vincent Tabard-Cossa et Michel Godin
Contact : Peter Grütter; grutter@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/spm
Les micros-leviers, ou cantilevers, sont de nouveaux types de capteurs dont la popularité est en plein
essor. Une de leurs applications est la détection de faibles concentrations de molécules biologiques;
celles-ci, en se fixant à la surface d’Au chimiquement fonctionnalisée du cantilever, induisant sa
déflexion mécanique. L’extension de la déflexion dépend de la propreté de la surface du cantilever.
Nous avons développé un système de cantilever intégré à un dispositif électrochimique permettant
d’en nettoyer et caractériser la surface.
80 | RQMP | projets | Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
La conception, la fabrication et l’intégration de capteurs sont
d’une grande importance tant pour la recherche fondamentale
(comme outils) que pour la recherche clinique (comme plateformes
de diagnostique). L’intérêt Les capteurs à base de microcantilever
suscitent beaucoup d’intérêt car ils représentent
une alternative sans marquage pour la détection chimique et
biochimique. Notre programme de recherche vise à optimiser
leur sensibilité et leur stabilité.
Le stress induit par la reconnaissance biochimique sur un cantilever micro-usiné
produit un signal détectable.
Nous avons réalisé des systèmes de capteurs à base de
cantilevers opérant en milieux gazeux, liquides et dans des
environnements électrochimiques contrôlés. Ces derniers
ont l’avantage de permettre le nettoyage et la caractérisation
in situ de la surface du capteur. De plus, il facilite le contrôle
des conditions expérimentales et peut être utilisé aussi comme
actuateur (pour contraster avec capteur). Ces systèmes nous
ont permis d’étudier l’évolution des contraintes au cours de
l’auto-assemblage d’alcanethiol et d’établir une corrélation
entre la taille du grain et la cinétique de la formation de la
« phase couchée ». Cette observation pourrait expliquer les
nombreuses divergences dans les mesures quantitatives des
propriétés des alcanethiols trouvées dans la littérature.
Nous avons en outre étudié le vieillissement d’actuateurs de
polypyrrole utilisés comme muscles « artificiels » et trouvé que
la délamination était un facteur important de défaillance. Enfin,
nous avons augmenté les contraintes de surface de 10 à 100
fois par rapport à la littérature, par l’hybridation de brins d’ADN
complémentaire à la surface. Ceci nous laisse entrevoir la
possibilité de créer des capteurs sensibles à l’ADN ou autres
biomolécules, ainsi que d’étudier le bruit et les limites cinétiques
de technologies ADN-sur-puces déjà établies.
Évolution des contraintes au cours de l’absorption d’ADN simple-brin sur un microcantilever
recouvert d’Au (rouge) et hybridation avec brin complémentaire (vert).
La cinétique d’absorption de Langmuir décrit bien les deux réactions (noir).
Références
• “Microcantilever-Based Sensors: Effect of Morphology, Adhesion, and Cleanliness
of the Sensing Surface on Surface Stress”, V. Tabard-Cossa, M. Godin, I. Burgess,
T. Monga, R.B. Lennox et P. Grütter,
Anal Chem. Oct 3; 17914755 (2007).
• “Calibrating Laser Beam Deflection Systems for Use in Atomic Force
Microscopes and Cantilever Sensors”, L.Y. Beaulieu, M. Godin, O. Laroche,
V. Tabard-Cossa et P. Grütter,
Appl. Phys. Lett. 88, 083108 (2006).
• “Redox-Induced Surface Stress of Polypyrrole-Based Actuators”,
V. Tabard-Cossa, M. Godin, P. Grütter, I Burgess et R.B. Lennox,
J. Phys. Chem. B 109, 17531 (2005).
• “Surface Stress, Kinetics and Structure of Alkanethiol Self-Assembled Monolayer”,
M. Godin, P. Williams, O. Laroche, V. Tabard-Cossa, L. Beaulieu,
R.B. Lennox et P. Grütter,
Langmuir 20, 7090 (2004).

Formation de patrons hors de l’équilibre
Chercheur : Jorge Viñals
Étudiants : Adriano Ferrari, Mathieu Gaudreault, Françoise Lepine et Xusheng Zhang
Contact : Jorge Viñals; vinals@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~vinals
L’évolution de systèmes conduits hors de l’équilibre thermodynamique est caractérisée par une nonlinéarité
marquée ainsi que par la formation de patrons spatio-temporels complexes. Nous poursuivons
des études théoriques et numériques visant le développement d’outils mathématiques destinés à
mieux caractériser ces systèmes, ainsi que d’autres applications dans les domaines de la physique de
la matière condensée, de la dynamique des fluides et de la science des matériaux.
Nos travaux, de nature théorique et numérique, portent sur les
phénomènes hors équilibre dans les systèmes étendus et sur
les applications de la mécanique statistique à la biophysique
et aux biomatériaux. Dans ce dernier cas, nous cherchons
à comprendre les mécanismes qui régissent la formation et
l’évolution de patrons spatio-temporels dans les systèmes
menés hors de l’équilibre thermodynamique, incluant la transition
vers le chaos spatio-temporel dans les systèmes étendus.
Les aspects fondamentaux de phénomènes non linéaires
sont étudiés sur des systèmes prototypiques et configurations
expérimentales similaires, ainsi que sur des configurations
d’intérêt pour leurs applications.
sur des réseaux, et des méthodes de simulation Monte-Carlo
sont utilisés pour analyser la relation entre la séquence et des
motifs structuraux caractéristiques des protéines repliées. Des
méthodes statistiques sont développées pour améliorer la
sensibilité de la détection de sites fonctionnels et calculer les
paramètres thermodynamiques des interactions entre protéines
(formation de dimères, trimères, etc.)
Copolymères biséquencés : un matériau structuré
Les copolymères biséquencés sont utilisés comme gabarits
nanométriques dans plusieurs applications comme la nanolithographie,
les composants photoniques, ou les systèmes
de stockage à haute densité. Toutefois, vu la courte longueur
d’onde des microphases (dixième ou centième d’Angstrom),
les échantillons de taille macroscopique ne s’auto-assemblent
pas spontanément de façon ordonnée. Des cisaillements
oscillatoires sont plutôt introduits afin d’accélérer le développement
de l’ordre sur la distance requise. Un modèle mésoscopique
de copolymère dimérique est utilisé pour étudier la
formation, la stabilité, et la formation de grains dans les phases
lamellaires, incluant leur réponse hydrodynamique aux cisaillements
externes. Notre objectif est de comprendre les mécanismes
qui contrôlent l’orientation et l’ordre sur des longues
distances, incluant les déplacements des joints de grains ou
autres défauts topologiques. Nous cherchons à définir un
modèle de théorie à l’échelle mésoscopique de la viscoélasticité
qui décrirait la stabilité et la réponse de ces matériaux aux
cisaillements, en tenant compte de la sélection d’orientation
particulière selon l’architecture du copolymère et des paramètres
de cisaillement.
Interactions protéine-protéine
Le séquençage du génome de plusieurs espèces, incluant l’humain,
laisse entrevoir des progrès énormes dans notre compréhension
des fonctions biologiques, notamment l’élucidation
des causes génétiques de nombre de maladie et la possibilité
de les guérir par manipulation génétique. Composées de
séquences d’acides aminés, les protéines se replient pour
adopter une structure tridimensionnelle complexe, de laquelle
dépendra leur fonction. Notre but est d’améliorer les méthodes
numériques qui prédisent la structure tridimensionnelle
des protéines, et interactions protéine-protéine, à partir de leur
séquence en acides aminés. Des modèles simplifiés, basés
Exemples de modèles développés. Gauche : copolymère séquencé. Droite : dimère
de la protéine GCN4.
Déplacement de défaut topologique
dans les phases modulées
Les phases modulées sont ubiquitaires dans la nature et
résultent en des systèmes où les forces d’attraction à courte
distance sont en compétition avec les forces répulsives à
longue portée. Elles sont généralement caractérisées par un
certain degré de bris dans la symétrie, intermédiaire entre
des cristaux ordonnés et les fluides désordonnés. Des modèles
de paramètres d’ordre général sont considérés pour faire
une description granulaire des phases modulées et aborder
des caractéristiques génériques hors de l’équilibre comme la
relaxation lente qui accompagne les déplacements de défaut
topologique, la rupture des lois continues régissant le déplacement
des défauts et la formation de verres structuraux, et leur
dépendance de la symétrie des phases.
Références
• “Stability of parallel/perpendicular domain boundaries in lamellar block
copolymers under oscillatory shear”, Z.-F. Huang et J. Vinals,
J. Rheol. 51, 99 (2007).
• “Structural rheology of microphase separated diblock copolymers”,
R. Tamate, K. Yamada, J. Vinals et T. Ohta,
J. Phys. Soc. Jpn. 73, 034802 (2008).
81 | RQMP | projets

Impression des papiers à forte teneur en minéraux
Chercheurs : Martin Dubé et François Drolet
Collaborateurs : Patrice Mangin (CIPP, Trois-Rivières) et Jean-Francis Bloch (INP Grenoble)
Contact : Martin Dubé; martin.dube@cipp.ca; www.uqtr.ca/~dubma
Nous étudions l’influence de la structure microscopique de la feuille sur le comportement des
encres à la surface du papier de même que son impact sur la qualité d’impression. Une part
importante de notre étude traite des papiers à haute teneur en charge minérale qui contiennent
moins de fibres de bois et coûtent moins cher à produire.
82 | RQMP | projets | Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
L’industrie des pâtes et papiers traverse présentement une
période de transformation caractérisée par un déplacement de
la production vers des papiers à forte valeur ajoutée comme
les papiers intelligents ou bioactifs. Il est également possible
de diminuer les coûts de production des papiers traditionnels
en y ajoutant une proportion de pigments minéraux, tels l’argile
et le carbonate de calcium. L’augmentation du taux de minéraux
dans le papier (jusqu’à 50 % de la masse totale) ne doit
cependant pas se faire au détriment des propriétés mécaniques
de la feuille ou de la qualité d’impression que l’on peut
en obtenir.
La qualité d’impression est un attribut fondamental des papiers
d’impression. Il est cependant difficile de la définir ou de la
mesurer précisément puisqu’elle dépend de l’interprétation
subjective d’un observateur humain. Bien qu’il existe plusieurs
modèles de la qualité d’impression, aucun ne peut prédire de
façon directe l’influence de la structure de la feuille ou de sa
composition sur la qualité de l’imprimé. Un tel modèle nécessite
d’abord une compréhension détaillée des interactions
entre l’encre et le papier.
Au cours des dernières années, nous avons développé un
modèle microscopique permettant d’étudier l’écoulement d’un
liquide à la surface d’une structure de papier lors du procédé
d’impression. La structure de la feuille peut être simulée à
l’aide d’un réseau de fibres ou reconstruite directement par
microtomographie aux rayons X. Une première étude portant
sur le transfert de l’encre dans un réseau de capillaires nous a
permis de mettre en évidence l’importance de la structure de
pores du substrat. En particulier, nos résultats montrent qu’à
porosité constante, la quantité de fluide transférée augmente
lorsque la taille des pores diminue. Ce résultat s’explique en
partie par une augmentation des forces capillaires.
Plus récemment, notre intérêt s’est porté sur le procédé d’impression
par jet d’encre. Nous avons débuté l’étude de l’étalement
et de la pénétration d’une goutte de quelques picolitres
placée à la surface d’un réseau fibreux en trois dimensions (voir
la figure accompagnant le texte). L’objectif de ce travail est de
mieux comprendre comment l’écoulement du liquide près de
la surface du papier est influencé par des facteurs tels :
• La teneur en minéraux de la feuille et l’uniformité
de sa distribution
• L’énergie de surface des fibres et des particules minérales
• Le niveau de calandrage de la feuille (qui influence sa
porosité et la rugosité de sa surface)
Pour ce faire, nous simulerons plusieurs structures ayant des
densités et des teneurs en minéraux différentes. Il est aussi
possible d’utiliser la structure de véritables échantillons obtenue
par microtomographie aux rayons X. La présence d’agents
d’encollage à la surface du papier sera simulée en modifiant
les propriétés de mouillage des fibres. La qualité d’impression
sera évaluée à partir de la distribution de l’encre à la surface
et à l’intérieur du papier (élargissement et rondeur du point,
proportion de l’encre à la surface,…). Il sera aussi possible
d’étudier l’effet de la densité d’impression sur la qualité de l’imprimé
en plaçant successivement plusieurs gouttes de liquide
à la surface du papier.
Références
• “A stochastic structure model for predicting sheet consolidation and print
uniformity”, F. Drolet et T. Uesaka,
Advances in Paper Science and Technology: 13 th fundamental research
symposium, Cambridge, 11-16 Sept. 2005, édité par S J I’Anson, vol. 2,
pp 1139-11544.
• “Fundamental Questions on Print Quality”, P. Mangin et M. Dubé,
Image Quality and System Performance III, Luke C. Cui; Yoichi Miyake,
Editors, Proceedings Vol. 6059, 605901 (2006).
• “Hydrodynamics of Fluid Transfer”, M. Dubé, F. Drolet, C. Daneault et P. Mangin,
Journal of Pulp and Paper Science (sous presse, 2008).

Siliciures et germaniures pour les circuits électroniques de prochaine génération :
nouveaux mécanismes de réactions et évolution de la texture cristalline
Chercheurs : Patrick Desjardins, François Schiettekatte et Sjoerd Roorda
Collaborateurs : C. Lavoie, F.M. d’Heurle (IBM Research, USA); C. Detavernier (U. Gent, Belgique)
Étudiants : C. Coia, S. Gaudet, M. Tremblay, M. Guihard et P. Turcotte-Tremblay
Contact : Patrick Desjardins; patrick.desjardins@polymtl.ca; http://desjardins.phys.polymtl.ca
À très petite échelle, les transformations de phase et les réactions d’interface ayant lieu lors de
traitements thermiques peuvent être considérablement affectées par les dimensions et la nanostructure
des matériaux. Par exemple, lorsqu’une réaction est limitée par une étape de germination, l’utilisation de
faibles volumes de matériaux peut rendre cette réaction pratiquement impossible à réaliser. L’industrie de
la microélectronique fait de plus en plus régulièrement face à ce genre de situations, notamment dans le
cas de la formation des contacts en siliciures dans les transistors à effet de champ.
Propriétés technologiques des matériaux
En étroite collaboration avec IBM Research et Universiteit
Gent, nous étudions l’effet de la taille, de la nanostructure et
de la texture (orientations cristallines des différents grains des
matériaux polycristallins) des couches minces sur les mécanismes
et les cinétiques de réactions en phase solide. Nous nous
concentrons sur des systèmes d’intérêt technologique tels
que les siliciures et les germaniures des métaux de transition.
Ces matériaux sont présentement utilisés pour les contacts de
premier niveau dans la technologie CMOS. L’utilisation d’une
source de rayonnement synchrotron au Brookhaven National
Laboratory permet de mesurer le signal diffracté en temps réel
pendant les traitements thermiques (figure ci-contre). De telles
mesures ont permis non seulement de démontrer que les réactions
peuvent être modifiées lorsque les couches n’ont que
quelques nanomètres d’épaisseur, mais également de mettre
en lumière plusieurs nouveaux phénomènes tels que la croissance
simultanée de plusieurs phases dans un système en
couches minces.
Texture
Avec la miniaturisation constante des dimensions des transistors,
les siliciures formant les contacts ne sont constitués que
de quelques grains cristallins. On ne peut donc plus supposer
qu’il s’agit de matériaux polycristallins relativement isotropes.
Le contrôle de la texture – la distribution d’orientations des
grains – lors du dépôt des couches minces ainsi que pendant
les traitements subséquents s’avère donc de toute première
importance. Nous étudions l’impact de l’interaction entre la
texture et la cinétique des réactions en phase solide sur la
morphologie, les contraintes et la stabilité des structures de
dimensions nanométriques. Une figure de pôle typique révélant
la présence d’axiotaxie (alignement de plans cristallins à
l’interface) dans une couche de NiSi est montrée ci-dessous.
Transistor à effet de champ observé
en section.
Figures de pôle montrant la
présence d’axiotaxie.
Courbes de diffraction synchrotron in situ pendant le recuit d’une couche de 10 nm
de Ni sur Si(001). Les intensités les plus élevées sont indiquées en rouge.
Germaniures
En microélectronique, la récente disponibilité de matériaux de
haute permittivité diélectrique pour l’oxyde de grille des transistors
permet l’utilisation de substrats de plus haute mobilité
que le Si pour la conception de dispositifs CMOS. Une étude
systématique de la réaction lors de recuit de 20 métaux avec le
Ge a été réalisée dans le but d’identifier les matériaux adéquats
pour la réalisation de contacts sur des substrats de germanium
en microélectronique. En combinant des mesures in situ de
diffraction de rayons X, de réflectance diffuse et de résistance,
nous avons déterminé la séquence de phase pour chacun des
systèmes métaux-Ge lors du traitement thermique. Les candidats
les plus prometteurs – en fonction de leur résistance de
feuille et de leur rugosité de surface – pour le premier niveau
d’interconnexion dans les circuits microélectroniques sont le
NiGe et le PdGe.
Références
• “Reaction of thin Ni films with Ge: Phase formation and texture”,
S. Gaudet, C. Detavernier, C. Lavoie et P. Desjardins,
J. Appl. Phys. 100, 34306 (2006).
• “Thin film reaction of transition metals with germanium”,
S. Gaudet, C. Detavernier, A. Kellock, P. Desjardins et C. Lavoie,
J. Vac. Sci. Technol. A 24, 474 (2006).
83 | RQMP | projets

Imagerie Doppler par tomographie en optique cohérente :
applications médicales et en microfluidique
Chercheurs : Romain Maciejko, Olivier Guenat et Lionel Carrion
Collaborateurs : G. Lamouche (IMI); L. Chen (U. McGill); M Piché (U. Laval); J. Azana (INRS-EMT)
Étudiants : Z. Xu et M-M. Lanthier
Contact : Romain Maciejko; romain.maciejko@polymtl.ca; http//maxwell.phys.polymtl.ca
La tomographie en optique cohérente est une nouvelle technique non invasive d’imagerie utilisant
des sources optiques à large spectre. En plus de fournir des images statiques, elle permet d’obtenir
la vitesse d’écoulement des fluides avec une grande résolution en utilisant l’effet Doppler. C‘est une
technique prometteuse pour la microfluidique.
84 | RQMP | projets | Propriétés technologiques des matériaux
La tomographie en optique cohérente, ou Optical Coherence
Tomography (OCT), est une technologie qui est apparue il y a
à peine une quinzaine d’années. Ayant une certaine similitude
avec les scans à l’ultrason mais avec une résolution de beaucoup
supérieure soit de l’ordre de quelques microns dans les
configurations habituelles, elle permet d’obtenir des images
tridimensionnelles en temps réel de façon non invasive. Pour
atteindre de hautes résolutions, il faut développer des sources
à très large spectre optique, ce que nous avons réalisé
avec les chercheurs de l’U. McGill en combinant des amplificateurs
optiques à semiconducteurs et un amplificateur basé sur
une fibre dopée à l’erbium, obtenant ainsi un spectre de 125
nanomètres de largeur, pour un coût relativement modique.
Grâce à cette source et aussi aux autres sources disponibles
dans notre laboratoire, dont un laser titane-saphir de 10 femto
secondes, nous avons pu produire de nombreuses images de
tissus biologiques tel qu’illustré sur la figure suivante.
Image des tissus cardiaques d’un poulet obtenue par tomographie en optique
cohérente.
Nos recherches actuelles en ce domaine se poursuivent en
comparant les images obtenues par la tomographie en optique
cohérente avec celles obtenues par rayons X, ultrasons et
même par résonance magnétique nucléaire.
Imagerie Doppler
En plus de fournir des images statiques, la tomographie en
optique cohérente offre de nombreuses possibilités, dont celle
de mesurer la vitesse de l’écoulement des fluides avec une
résolution jamais atteinte auparavant. La technique repose
sur l’acquisition du système de franges d’interférences appelé
interférogramme obtenu entre la lumière réfléchie par un miroir
de référence en déplacement continu et la lumière rétrodiffusée
par l’échantillon sous examen grâce à un interféromètre
de Michelson souvent construit à l’aide de fibres optiques. Si
l’échantillon lui-même est en déplacement comme dans le cas
de l’écoulement d’un fluide, une analyse appropriée permet
d’extraire la fréquence Doppler qui est directement reliée à
la vitesse de l’échantillon. Comme cette recherche est très
nouvelle, nous avons appliqué la tomographie Doppler d’abord
à des exemples classiques, dont l’écoulement dans un tube
rectiligne, et nous avons confirmé la précision de la méthode
en comparaison avec des résultats théoriques. Quelques
méthodes ont été proposées pour extraire le signal Doppler de
l’interférogramme et nous avons récemment montré que l’analyse
par la fonction de Wigner-Ville offrait une précision accrue.
Ensuite, nous avons appliqué la méthode à l’écoulement d’un
fluide à travers une région rétrécie d’un tube qui simule une
sténose dans un vaisseau sanguin.
Microfluidique
Étant donnée la résolution accrue de l’imagerie Doppler par
tomographie en optique cohérente, il semble naturel d’utiliser
cette technique pour imager les écoulements dans les
circuits miniaturisés conçus pour les analyses biologiques
dans le contexte des « labos-sur-puce » ou lab-on–a-chip.
Comme l’échelle des canaux d’écoulement est de l’ordre de
100 microns à quelques millimètres, la technique que nous
avons développée est toute indiquée. Pour le moment, nous
avons déjà imagé quelques canaux avec succès et la recherche
se poursuit avec des structures plus complexes.
Profil de fréquences Doppler lors de l’écoulement dans un tube rectiligne.
Références
• “A zero-crossing detection method applied to Doppler OCT”,
Z. Xu, L. Carrion et R. Maciejko,
Optics Express 16, 4394 (2008).
• “An assessment of the Wigner distribution method in Doppler OCT”,
Z. Xu, L. Carrion et R. Maciejko,
Optics Express 15, 14738 (2007).
• “Novel S+C+L Broadband Source based on Semiconductor Optical Amplifiers and
Erbium Doped Fiber for Optical Coherence Tomography”, D. Beitel, L. Carrion,
K.L. Lee, A. Jain, L.R. Chen, R. Maciejko et A. Nirmalathas,
CLEO 2007; see also Jour. Spec. Top. Quantum Electron. 14, 243 (2008).

Un micro-accéléromètre pour contrôler
l’état de la structure des aéronefs
Chercheurs : Michel Meunier et Yves-Alain Peter
Collaborateurs : Patrice Masson et Philippe Micheau (U. Sherbrooke)
Stagiaire postdoctoral : In-Hyouk Song
Contact : Yves-Alain Peter; yves-alain.peter@polymtl.ca; www.polymtl.ca/mems/
Un micro-accéléromètre capacitif a été conçu et fabriqué pour contrôler l’état structural des
aéronefs. Les dommages à la structure sont détectés et localisés grâce à un système sensible
aux vibrations et à la variation de la réponse dynamique globale. Accordé sur sa propre fréquence
de résonance, le dispositif est à la fois très sensible et très sélectif. Celui-ci est fabriqué par
micro-usinage CMOS-compatible. Les propriétés mécaniques du micro-accéléromètre, comme
la constante d’élasticité et le coefficient d’amortissement du système, ont été déduites par des
mesures électriques. Ce projet est réalisé en collaboration avec Bombardier.
Des systèmes de contrôle de l’état structural (Structural health
monitoring – SHM) sont développés afin de réduire les coûts
associés aux inspections périodiques des aéronefs. Pour
détecter et localiser les dommages structuraux, une analyse
modale permet de déterminer la réponse dynamique globale
de la structure. Grâce à la technologie des systèmes microélectromécaniques,
ou MEMS, nous avons conçu un microaccéléromètre
capacitif, pouvant mesurer les variations de la
fréquence de résonance de la structure, par une mesure de
variation de la capacité du capteur.
Le microcapteur SHM est un micro-accéléromètre sensible à
la fréquence de résonance, dont la propre fréquence de résonance
est la même que celle de la structure à contrôler. En
conséquence, il est non seulement très sélectif, mais également
très sensible, car le déplacement de la structure en mouvement
est maximisé à la fréquence de résonance pour une accélération
donnée. La distance de déplacement de la masse d’étalon
résonante est de 5 mm. La figure 1 montre les fluctuations de
capacité en fonction du déplacement de la masse étalon. À un
déplacement de 3 mm, la capacité est augmentée de 1,084 pF
par rapport à la capacité initiale.
Un procédé de microfabrication CMOS-compatible a été utilisé
pour la fabrication du micro-accéléromètre sur une gaufre de
silicium sur isolant (silicon-on-insulator – SOI). Celui-ci, tel
que photographié par microscopie à balayage d’électrons
(scanning electron microscopy – SEM) apparaît à la figure 2.
L’épaisseur de la structure mobile est de 80 mm, séparée du
substrat par un espace d’air de 3 mm.
Nous avons caractérisé les propriétés mécaniques et électriques
du dispositif. Un ratio de visco-amortissement du
système, x = 0.189, a été obtenu. La constante d’élasticité
et le coefficient d’amortissement du système sont estimés à
respectivement 24,75 N/m et 6.7 x 10 -4 N . s/m, en utilisant une
fréquence de résonance non amortie de 2.2 kHz. Les travaux
se poursuivent afin d’améliorer le dispositif et de l’intégrer
éventuellement à un système SHM d’aéronef.
Nous remercions le CRIAQ (Consortium de recherche et
d’innovation en aérospatiale au Québec) pour sa contribution
financière à ce projet.
Figure 1. Variation de capacité en fonction du déplacement de la masse étalon.
Figure 2. Photographie SEM du micro-accéléromètre sur gaufre de SOI.
Référence
• “Smart Technologies for Structural Health Monitoring of Aerospace Structures”,
P. Masson, P. Micheau, Y. Pasco, M. Thomas, V. Brailovski, M. Meunier, Y.-A. Peter,
In-hyouk Song, D. Mateescu, A. Misra, N. Mrad, J. Pinsonnault et A. Cambron,
International Workshop on Smart Materials and Smart Structures
(Cansmart 2006), 191, 26 Oct. 2006, Toronto, Canada.
85 | RQMP | projets

Revêtements de pointe résistants à l’érosion et à la tribo-corrosion
Chercheurs : Jolanta E. Klemberg-Sapieha et Ludvik Martinu
Collaborateurs : J. Szpunar (U. McGill); F. Gitzhofer (U. Sherbrooke); O. Zabeida (Polytechnique); M. Bielawski (NRC); A. Raveh (Israël)
Étudiants : E. Bousser, S. Hassani, M. Hala, G. Srinivasan, P. Robin, M. Benkahoul, M. Azzi et D. Li
Contact : Jolanta Klemberg-Sapieha; jsapieha@polymtl.ca; www.polymtl.ca/larfis
Notre but est de concevoir, fabriquer et tester de nouveaux matériaux et revêtements nanostructurés
hautement performants. Ces matériaux, aux propriétés mécaniques, tribologiques et de résistance
à la corrosion optimisées, pourront améliorer significativement les performances de systèmes et
composantes trouvés dans des domaines tels : aérospatiale, avionique, automobile, transport, secteur
manufacturier, etc. Une méthodologie basée sur la modélisation par éléments finis, a été développée
pour simuler le comportement des revêtements sous l’impact de particules érosives à leur surface.
86 | RQMP | projets | Propriétés technologiques des matériaux
De bonnes propriétés en érosion sont critiques au fonctionnement
optimal et sécuritaire de pièces de moteurs d’aéronefs
et d’hélicoptères. Les aubes de compresseurs, disques de
moteurs et bords d’attaque de pales d’hélicoptères sont quelques
composantes qui doivent opérer dans des environnements
hostiles. Les alliages de titane ou de nickel ou les aciers
inoxydables sont généralement utilisés dans la fabrication des
aubes de compresseur dû à un rapport résistance-poids élevé
et à une bonne résistance à la fatigue et au fluage. Cependant,
ces matériaux ont le désavantage d’être peu résistants à l’érosion
par impact de particules solides, à l’usure, à la corrosion
et à l’usure de contact, ce qui mène à la détérioration de leur
performance aérodynamique, à la hausse des vibrations et
possiblement à un bris catastrophique.
Grâce à une compréhension accrue des propriétés tribomécaniques
complexes en jeu, notre équipe développe de
nouvelles architectures de revêtements comportant des systèmes
multicouches, à gradient et/ou nanostructurés. Ces systèmes
répondent directement aux besoins industriels par leurs
dureté et module d’Young contrôlés, tout en présentant des
ténacités et adhésion élevées.
Une partie essentielle du projet est la conception et la fabrication
de revêtements composés de couches dures et superdures,
comportant des microstructures amorphes, polycristallines
ou nanocomposites.
Évolution structurale du matériau nanocomposite.
Des couches nanocomposites formées de particules de nitrure,
carbure ou carbo-nitrure métalliques (5-10 nm de diamètre)
enrobées d’une matrice amorphe, présentent des duretés
(H > 40 GPa) et des ténacités élevées. L’implantation de ces
matériaux, est présentement étudiée par le développement
d’architectures multicouches et à gradient, pour les destiner
à des utilisations sur des aubes de compresseur de moteurs
et autres pièces d’hélicoptères et d’avions ainsi que sur des
implants et instruments médicaux.
Un effort particulier est mis sur la conception d’architectures
de revêtements, à l’étude des mécanismes d’érosion et à la
pré diction du comportement du revêtement dans des conditions
d’érosion simulées par la méthode des éléments finis, MEF.
Zone à haute probabilité de formation de fissures.
En effet, nous avons développé et validé un modèle par la MEF
de l’érosion par l’impact d’une seule particule, qui est maintenant
utilisé pour prédire le taux d’érosion de systèmes de
plusieurs couches nanocomposites. La fabrication des revêtements
et les essais comparatifs avec les prédictions par MEF
sont en cours.
Références
• “Quaternary Hard Nanocomposite TiC xN y / SiCN Coatings Prepared by PECVD”,
P. Jedrzejowski, J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
Thin Solid Films 466, 189 (2004).
• “Real-Time In-Situ Growth Study of TiN- and TiCxNy- Based Superhard
Nanocomposite Coatings Using Spectroscopic Ellipsometry”, P. Jedrzejowski,
A. Amassian, E. Bousser, J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
Appl. Phys. Lett. 88, 071915 (2006).

Filtres optiques interférentiels nanostructurés
Chercheurs : Ludvik Martinu, Jolanta E. Klemberg-Sapieha et Subhash Gujrathi
Collaborateurs : C. Carignan (U. Montreal); O. Zabeida (Polytechnique)
Étudiants et stagiaires postdoctoraux : A. Amassian, S. Larouche, B. Baloukas, M.-M. De Denus-Baillargeon, R. Vernhes, H. Szymanowski,
M. Dudek et O. Hernandez
Contact : Ludvik Martinu; lmartinu@polymtl.ca; www.polymtl.ca/larfis
L’objectif de ce projet est de développer des filtres optiques complexes innovateurs à base
d’architectures multicouches et à gradient. Nous développons et combinons de nouvelles techniques
de design, de fabrication, de contrôle de procédé et de monitorage, des techniques d’ingénierie
inverse et des nouveaux matériaux, dans le but d’obtenir des filtres dont les caractéristiques spectrales
spécifiques, la performance mécanique et la stabilité environnementale sont optimisées. Parmi les
résultats principaux, on note le développement d’un logiciel source ouverte de design de filtres
optiques, la création de dispositifs interférentiels pour la sécurité, les capteurs et l’astronomie et le
dépôt de filtres sur des substrats de polymère.
Les applications des filtres optiques interférentiels (FOI)
complexes sont de plus en plus nombreuses dans plusieurs
secteurs, comme l’optique, l’optoélectronique, les télécommunications,
l’instrumentation de haute précision utilisée en
astronomie, la sécurité, la conversion d’énergie, les écrans, etc.
Cette industrie, évaluée mondialement à entre 4 et 5 milliards
de dollars US par année, est en constante évolution grâce à la
mise au point de procédés innovateurs et de nouvelles techniques
de fabrication. Chaque nouveau procédé apporte son lot
de défis et d’opportunités, mais améliore continuellement les
performances et le contrôle optique et mécanique ainsi que la
stabilité à long terme des dispositifs.
Notre Laboratoire des revêtements fonctionnels et d’ingénierie
des surfaces (LaRFIS) consacre son attention aux secteurs
suivants :
a) Conception de nouveaux filtres optiques utilisant des techniques
de design innovatrices appliquées aux filtres à gradient
et inhomogènes [1]. Le peu de solutions commerciales disponibles
nous a motivés à créer notre propre programme de design
de structures inhomogènes. Il va sans dire que ce programme
possède également la plupart des fonctions comprises dans
les autres logiciels. Un exemple d’application est le design de
filtres à bande étroite, tels qu’utilisés en astronomie, et qui sont
présentement testés sur des télescopes.
b) Dispositifs pour combattre la contrefaçon. Les pertes
annuelles occasionnées à travers le monde par la contrefaçon
sont évaluées à 600 milliards de dollars US. Stimulés par
cette situation alarmante, nous avons récemment proposé
et démontré l’utilisation d’un dispositif de sécurité anticontrefaçon
basé sur le métamérisme qui permet la création
d’une image cachée [2]. Le métamérisme se définit comme
étant la propriété de deux objets possédant des spectres en
réflexion/transmission différents, mais qui présentent la même
couleur sous une source d’illumination spécifique. Il est alors
possible de créer une image cachée en juxtaposant un matériau
coloré simple (encre, peinture, etc.) et un FOI de la même
couleur à incidence normale, sur le même substrat. Lorsque
le substrat est incliné, la région recouverte du FOI change de
couleur, alors que celle recouverte du matériau simple reste
inchangée (figure).
Exemple d’un dispositif métamérique à base de FOI.
c) FOI à base de couches poreuses et denses. Le dépôt
en vapeur chimique assisté par plasma permet de contrôler
simultanément l’énergie et le flux des particules déposées et,
par conséquent, la porosité des couches ainsi que la taille
et distribution de taille des pores. Cette approche nous a
permis de développer une méthode originale de fabrication
de couches de Si 3N 4 nano-poreuses possédant une grande
surface interne [3]. Cette caractéristique fait en sorte que ces
couches sont des candidates idéales pour être incorporées
dans des capteurs (bio)chimiques tout-optiques. Nous avons
ainsi procédé à l’implémentation de couches avec différentes
porosités dans des senseurs.
Nous sommes également en train d’élargir ce projet en incluant
des FOI contenant des matériaux actifs et des polymères.
Références
[1] “Microstructure of Plasma-Deposited SiO 2 / TiO 2 Optical Films”, S. Larouche,
H. Szymanowski, J.E. Klemberg-Sapieha, L. Martinu et S. Gujrathi,
J. Vac. Sci. Technol. A 22, 1200 (2004).
[2] “Use of Metameric Filters for Future Interference Security Images Structures”,
B. Baloukas, S. Larouche et L. Martinu,
Proc. Conf. on Optical Security and Counterfeit Deterrence Techniques VI,
vol. 6075, R. L. van Renesse, ed., SPIE, San Jose, CA, 2006, p. 381.
[3] “Single Material Inhomogeneous Optical Filters Based on Microstructural
Gradients in Plasma Deposited Silicon Nitride”, R. Vernhes, O. Zabeida,
J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
Applied Optics 43, 97 (2004).
87 | RQMP | projets

Ingénierie d’interface pour des applications biomédicales
Chercheurs : Jolanta E. Klemberg-Sapieha, Ludvik Martinu et Subhash Gujrathi
Collaborateurs : J. Szpunar (U. McGill); O. Zabeida (Polytechnique); E. Park, K. Taylor et K. Casey (Medtronic);
C. Roberges, K. Shingel et M.-P.Faure (Biortificial Gel Technologies Inc.)
Étudiants et stagiaires postdoctoraux : P. Amirault, M. Azzi, D. Escaich, M. Paquette et R. Snyders
Contact : Jolanta Klemberg-Sapieha; jsapieha@polymtl.ca; www.polymtl.ca/larfis
L’ingénierie de surface à l’aide de procédés plasma a permis d’améliorer la performance de dispositifs
biomédicaux, plus spécifiquement pour les deux applications suivantes : 1. Revêtements tribologiques
nanostructurés de carbone amorphe hydrogéné (simili-diamant – DLC) sur des substrats métalliques
offrant une combinaison de propriétés telles une haute résistance à l’usure et à la corrosion,
biocompatibilité et propriétés électriques sur mesure. Ces couches trouvent des applications dans les
implants, prothèses et instruments biomédicaux; 2. Hydrogels, à base de protéines et d’eau, appliqués
sur des pellicules de plastique pour produits de soin de santé (pansements, tendons artificiels, milieux
de cultures cellulaires et transport), biocapteurs et cosmétiques (par ex. masques d’hydratation).
88 | RQMP | projets | Propriétés technologiques des matériaux
1. Revêtements de carbone simili-diamant (DLC)
nano-structurés pour des applications biomédicales
Plusieurs applications orthopédiques (joints artificiels, prothèses
de hanche et de genoux) comportent des surfaces d’appui
sujettes à l’usure. Aussi, puisque les surfaces sont submergées
dans des fluides corporels, la gestion de la corrosion devient
importante. Des particules peuvent se détacher de la surface
des prothèses et générer des réactions inflammatoires, provoquant
la libération des médiateurs des macrophages. Nous
avons étudié des couches de DLC pures, ou dopées à l’échelle
atomique ou par des nanoparticules, pour obtenir une combinaison
optimale des propriétés recherchées.
Figure 1. Exemples de joints de replacement.
Le problème principal associé à ce type d’application est
l’adhésion entre les revêtements durs de DLC et le substrat
ductile métallique. Nous avons étudié plus spécifiquement
l’effet de la modification des interfaces entre les matériaux
en comparant deux approches : (i) Nitruration du métal dans
une décharge radiofréquentielle pour renforcer le lien métal-
DLC en contrôlant le gradient de dureté et (ii) Fabrication de
couches interfaciales résultant en de meilleures performances.
Simultanément, nous avons conçu une technique de test de la
tribo-corrosion in situ en temps réel, qui combine des mesures
instantanées de l’usure et de la corrosion (courant de corrosion
et potentiel de piqûre) en se servant d’un glissage réciproque
dans une solution Ringer simulant l’environnement fluide
du corps humain. L’application de couches intermédiaires sur
des surfaces d’acier inoxydable et d’alliages de titane a permis
au système de couches de bien résister aux tests de tribocorrosion.
Nous avons démontré que la couche interfaciale
diminue de façon significative le transfert de charges entre le
substrat et l’électrolyte, agissant comme barrière à la corrosion,
résultant en une valeur de 2 GW.cm 2 .
2. Mécanisme d’adhésion entre les hydrogels à base
de protéines (HG) et un polymère traité par plasma
L’intérêt de développer de nouveaux HG est dû à leur combinaison
unique de propriétés telles la biocompatibilité, la
perméabilité et l’hydrophobicité. Des HGs hybrides, à base
de polymères synthétiques et naturels, ou « matériaux polymériques
bioartificiels », ont récemment été développés avec
succès. La fragilité des HGs comportant plus de 96 % d’eau
limite leurs applications. C’est pourquoi, afin de faciliter leur
manipulation et utilisation, ils doivent être fixés à un support
flexible, généralement constitué d’une pellicule polymérique,
par exemple le poly-propylène (PP).
Figure 2. Application et manipulation de l’hydrogel sans et avec support
polymérique.
Un traitement par plasma azoté à basse pression, augmente de
25 fois de la force d’adhésion par rapport à au PP non-traité.
La dérivatisation chimique combinée à l’analyse XPS ont clairement
démontré le rôle des groupes d’amine primaire (C-NH 2)
et d’amide (N-C = O) dans le processus d’adhésion entre le
PP/N 2 et le HG. Des tests mécaniques dynamiques sur l’HG
ont permis de déterminer la structure moléculaire et la taille des
pores. Cet environnement très poreux est propice au dopage
de l’HG par des médicaments et à la livraison de drogues.
Références
• “Tribo-Mechanical Properties of DLC Coatings Deposited on Nitrided Biomedical
Stainless Steel”, R. Snyders, E. Bousser, P. Amireault, J.E. Klemberg-Sapieha,
E. Park, K. Taylor, K. Casey et L. Martinu,
Plasma Process. Polym. 4, S1 (2007).
• “Mechanism of adhesion between protein-based hydrogels and plasma treated
polypropylene”, R. Snyders, O. Zabeida, C. Roberges, K.I. Shingel, M.-P. Faure,
L. Martinu et J.E. Klemberg-Sapieha,
Surface Science 601, 112 (2007).

Le RQMP est un Regroupement stratégique reconnu et subventionné par le Fonds québécois de la recherche
sur la nature et les technologies (FQRNT), et par les Universités de Montréal, de Sherbrooke et McGill,
ainsi que par l’École Polytechnique de Montréal.