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Équipe Nanostructures et Rayons X (NRX)

Publié le 2 septembre 2024
Responsables du NRX

 
  Joël EYMERY
Biographie (English)

Directeur du NRX
 
  Xavier BIQUARD
Directeur adjoint du NRX

Présentation du NRX

Les activités scientifiques de l'équipe Nanostructures et Rayonnement X (NRX) (au sein du laboratoire MEM du CEA) se concentrent sur les études de nanostructures grâce aux rayonnements X de laboratoire et synchrotron. Elles contribuent aux objectifs scientifiques et technologiques du CEA et de la communauté Française, dans le cadre des développements de matériaux, de composants, de technologies et de méthodes d’analyse. Cela nécessite la mise en place d'équipements et des compétences scientifiques très spécifiques pour mener à bien des expériences de haut niveau de natures académiques ou applicatives.

Le NRX gère et participe à l’accueil des plate-formes de caractérisation par rayons X de l'Irig (Institut de recherche interdisciplinaire de Grenoble) et des lignes françaises de lumière de l’ESRF située à Grenoble. Il y effectue ses recherches, ainsi que sur d’autres synchrotrons dans le monde.
       - Le parc instrumental de l'équipe comprend des diffractomètres de poudres, de monocristaux, de couches minces moyenne/haute résolution. Nous utilisons aussi un instrument aux petits angles localisé à la PFNC (Plate-Forme de Nanocaractérisation de Grenoble). Nous accompagnons les mesures ainsi que le traitement et l'analyse des données.
       - A l’ESRF, le CNRS et le CEA ont construit et exploitent conjointement les lignes de lumière CRG Françaises à l'ESRF (F-CRG) afin de proposer aux chercheurs français des faisceaux de rayons X à l’état de l’art mondial, des techniques de pointe et des outils d'analyse performants. Cela permet notamment d'optimiser les ressources humaines, et financières, ainsi que notre positionnement par rapport aux autres lignes de l'ESRF et de Soleil en France. Cette coordination conduit à une forte complémentarité entre les instruments et les thématiques scientifiques. Ainsi, nous développons principalement des expériences utilisant les hautes énergies de rayons X fournies par l’ESRF, i.e. au-delà de ce qui est accessible au synchrotron Soleil. Le NRX utilise trois instruments sur la ligne de lumière française CRG BM32-IF de l'ESRF (goniomètre 4-cercles, µLaue, diffraction de surface sous ultra-vide). Il participe à leurs constructions, à leurs développements et à l’accueil des utilisateurs.

La formation de tous nos utilisateurs sur tous les instruments de laboratoire ou à l’ESRF correspond à une des missions importantes du laboratoire.


Membres du NRX

Permanents
Xavier BIQUARD
Joël EYMERY
Pascal HECQUET
Sabatino PECORARO
Stéphanie POUGET
Gilles RENAUD
Christine REVENANT-BRIZARD 
Marie-Ingrid RICHARD
Odile ROBACH 
Sandrine SCHLUTIG
Samuel TARDIF
Olivier ULRICH
Non-Permanents
Ranin BAREK
Ewen BELLEC
Corentin CHATELIER
Anaël COSTES
Beatriz de GOES FOSCHIANI
Mickaël GRIMES
Daniel MORNEX
Kyle OLSON
Mahesh Krishna PRABHU
Robin RICHARD

Exemples d'études en cours
• Physique des matériaux SOI (silicium sur isolant). Nous nous concentrons sur la compréhension de la physique sous-jacente aux processus technologiques associés à la réalisation de ces matériaux, à savoir le collage, l’implantation ionique et la fracture. Pour cela nous utilisons des techniques de diffraction/diffusion de rayons X durs ainsi que des expériences de laboratoire. Elles sont réalisées au sein du laboratoire commun du CEA-SOITEC.
• Matériaux électroniques et opto-électroniques : déformation et composition. Nous participons au développement de matériaux et de dispositifs semi-conducteurs avancés IV-IV (Si, Ge, Sn) et III-V nitrures (Ga, Al, In, N) en utilisant des techniques de pointes associées à des nano-faisceaux : e.g. la ptychographie, la diffraction cohérente ou en plein champ, l’excitation de la lumière par les rayons X, la fluorescence et la µ-diffraction Laue. Un accent tout particulier est mis sur des mesures operando.
• Étude in situ et operando de l’évolution structurelle de nanoparticules catalytiques dans leur environnement et en cours de la réaction en utilisant l’imagerie de diffraction cohérente de en condition de Bragg.
• Croissance de matériaux 1D et 2D sous faisceau de rayons X : structure et cinétique. Études in situ de la diffraction/diffusion des rayons X de nanomatériaux en cours de croissance avec des procédés d'évaporation physique ou chimique. Des études ont porté sur la croissance du graphène sur l’Ir, l’organisation des particules métalliques, de nanofils de Si-Ge et, plus récemment, sur la croissance de différents matériaux 2D à base de Te et de S.
• Phases cristallographiques et cinétique de matériaux pour les batteries et sol-gel avec le CEA-Irig et Liten afin d’étudier les mécanismes fondamentaux impliqués dans leurs évolutions structurelles operando.
• Matériaux II-VI pour détecteurs IR hautes performances. Études structurales et chimiques d’hétérostructures semi-conductrices dans des dispositifs avec les techniques µLaue et EXAFS.
• Simulation de surfaces vicinales modèles. Quantification des relations entre les énergies de surface et les contraintes en utilisant des potentiels empiriques dans le silicium et les métaux.


Principales collaborations externes
Partenaires industriels : SOITEC, LYNRED
Partenaires institutionnels : ANR Française ; Commission Européenne ; ESRF ; CEA : Irig, Leti, Liten ; CNRS : Institut Néel, C2N ; Université de Leiden (Pays-Bas) ; NCSR Democritos (Grèce) ; MPIE Düsseldorf (Allemagne) ; Université technique de Lisbonne (Portugal).


Développements instrumentaux
Le NRX maintient les lignes à leurs meilleurs niveaux en termes d'optique de faisceau afin d'accompagner la mise à niveau de l'ESRF (2020-), de détecteurs et d’instruments. Dans cet objectif, nous bénéficions avec le CNRS des projets PIA3 Equipex+ Magnifix de l’ANR (ANR-21-ESRE-0011, 01/10/2021-30/09/2026) et ANR PEPR PIA4 DIADEM-ESRF (22-PEXD-0011, 01/01/2023-31/12/2030).
Nous facilitons également le travail des utilisateurs pour effectuer l'analyse de données qui devient toujours plus lourde avec la généralisation de détecteurs 2D rapides ayant un grand nombre de pixels. Nous nous attachons aussi à mettre en œuvre les analyses de traitements de données sur des ordinateurs hautes performances et avec l’appui de méthodes d’intelligences artificielles. Cette tâche est effectuée en coordination avec la politique scientifique de l'ESRF et les normes Françaises et Européennes.


Liens connexes​
NRX publications
ESRF
French-CRG beamlines
French-CRG BM32 beamline
ERC Carine