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Le laboratoire Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM) mène des recherches sur l'exploration des matériaux et dispositifs par des méthodes avancées de simulation et des caractérisations expérimentales (microscopie électronique, résonance magnétique nucléaire, techniques de diffraction ou diffusion des rayons X ou neutrons...). Il assure également une mission d'accueil d'utilisateurs extérieurs, en particulier des lignes CRG françaises de lumière de l'European Synchrotron Radiation Facility (synchrotron ESRF) et de neutrons de l'Institut Laue Langevin (Ill), ainsi que sur la plate-forme de nanocaractérisation Minatec (PFNC) opérée conjointement avec la Direction de la recherche technologique (DRT) (Instituts Leti et Liten).