CEAS_lejournal_53 - CEA Saclay

Les rayonnements DOSSIERappelée « spin », qui le rend sensible au champmagnétique présent dans les matériaux, mêmeà l’échelle de l’atome.Complémentaires plutôt queconcurrentsTrès souvent, rayons X et neutrons sont complémentairesdans la compréhension de matériauxaux comportements « étranges », commeles « multiferroïques » par exemple. Ces derniersprésentent des propriétés électriques etmagnétiques a priori incompatibles, issues destructures compliquées, en forme d’hélices.Leur structure cristallographique est révéléepar les rayons X, leur structure magnétiquepar les neutrons.Tandis que ces deux techniques « reines » sontutilisées pour caractériser des structures quasiparfaites, où le même motif se reproduit àl’identique dans tout le volume, les électrons serévèlent très performants pour caractériser avecprécision les inclusions métalliques dans desmatériaux isolants ou pour étudier les défautsde structure. Ainsi, la microscopie électroniqueen transmission fournit des images de défautsavec une résolution pouvant atteindre une tailleéquivalente à celle d’un atome et l’accélérateurSirius permet de mesurer les énergies de seuilde créations de défauts, données fondamentalespour la modélisation du comportement à longterme des matériaux sous irradiation.De la modification contrôléeà la nano-structurationCes défauts de structure sont générés, parfois,par des irradiations. Les observer en temps réelest maintenant possible sur le site d’Orsay dela plateforme Jannus, puisqu’un microscopeélectronique y est couplé aux systèmes d’irradiation.Les faisceaux de Jannus permettent ainside modifier la matière de façon contrôlée. Enplus d’un dispositif d’études systématiques ducomportement sous irradiation des matériauxdu nucléaire, cette plateforme se révèle doncégalement un instrument de structuration dematériaux d’intérêt technologique comme desnouveaux composants en microélectronique ouen optoélectronique 1 .Les ions lourds de Ganil sont aussi exploitéspour leur capacité à structurer la matière àl’échelle du nanomètre 2 . Taille, position etdensité des nano-structures sont contrôléespar la nature, l’énergie et l’intensité du faisceaud’ions. Récemment, des chercheurs del’Iramis 3 sont ainsi parvenus à « façonner » desnano-inclusions métalliques au sein de matricesde silice, en transformant des nano-sphères ennano-bâtonnets, en nano-fils et même en nanoétoiles.À terme, de tels systèmes pourraientpermettre un meilleur contrôle de la lumière àl’échelle nanométrique.Une collaboration de chercheurs du même institutest parvenue à fabriquer des membranesnano-poreuses en irradiant des polymères. Ilsont développé des capteurs, à base de tellesmembranes, capables de détecter des métauxlourds dans l’eau, à des concentrations bieninférieures aux normes sanitaires. Le système serévèle par ailleurs très sensible, rapide et facileà mettre en œuvre.Des lasers pourune « femtochimie »Loin des caisses de supermarché et des lecteursde CD, les lasers sont également d’extraordinairesoutils de laboratoire pour observerla matière en évolution rapide. Avec leursimpulsions ultra-brèves, les lasers de la plateformeSLIC autorisent l’étude de phénomènesultra-rapides. Il est possible de réaliser desMise en place d’échantillonsdans la chambre d’analysede la microsonde nucléaire.« Rayons Xet neutrons sontcomplémentairesdans la compréhensionde matériaux auxcomportementsétranges. »« stroboscopies » de processus physiques ouchimiques, en particulier, d’étudier les vitessesde réactions chimiques à l’échelle de la femtoseconde4 (femtochimie). Les lasers fournissentà la fois l’énergie nécessaire au déclenchementde la réaction chimique et le signal de sonde,synchronisé, pour mesurer la consommationdes réactifs ou la formation des produits. Unecompréhension poussée des processus mis enjeu permettra de mieux les contrôler.Vers la protonthérapie par laser ?Une autre voie a été ouverte grâce à ces lasersextrêmement puissants. Focalisés sur un matériau,ils produisent en son sein des champsélectriques gigantesques et induisent des phénomènesspectaculaires, comme l’émission departicules presque aussi rapides que la lumière.Ces travaux à caractère très fondamentalouvrent la voie à de nombreuses applications,dont la protonthérapie. Le développement decette technique médicale, très efficace pourdétruire les cellules cancéreuses en restant trèsrespectueux des tissus sains, n’est freiné quepar le coût des infrastructures qu’elle nécessite.À ce jour, il n’existe donc qu’une trentainede centres de protonthérapie dans le monde.La possibilité d’accélérer les protons par laserpourrait ouvrir la voie à un abaissement importantdu coût de tels centres spécialisés et doncà leur multiplication.© F. Vrignaud / CEA1/ Discipline scientifique et technologique dont l’objectifest l’étude et la réalisation de composants mettant enjeu l’interaction entre la lumière et les électrons dans lamatière.2/ 1 milliardième de mètre.3/ Institut rayonnement matière de Saclay de la Directiondes sciences de la matière du CEA.4/ 1 millionième de milliardième de seconde.CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL9