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Groupe "Femtophysique Moléculaire aux Interfaces"

2 chercheurs (Aimeric Ouvrard, Wanquan Zheng) et 1 enseignant-chercheur permanents (Serge Carrez)
Bernard Bourguignon (retraité), Henri Dubost (retraité)

4 post-doctorants : Natalia Alyabyeva (2016-2018), Aimeric Ouvrard (2007-2009), Matthias Büchner (1995-1996), Mihaela Stoica, (1992-1993)

10 Doctorants : Mohamad Ammoun (2015-2019), Abdoul-Mouize Zakaria (2015-2018), Rudy Desmarchelier (2011-2014), Jijin Wang (2009-2013), Emilie Bulard (2009-2012), Ahmed Ghalgaoui (2008-2012), Ziang Guo (2006-2010), Frédéric Fournier (2000-2003), Serge Carrez (1994-1997), Bogdan Dragnea (1994-1997)

Contact : Aimeric Ouvrard

Projets en cours et résultats antérieurs

Publications du groupe

Présentation

Nous étudions l’interaction de molécules avec des nanoparticules et des surfaces avec comme principales techniques expérimentales l’optique non-linéaire de somme de fréquences (SFG) et la microscopie à effet tunnel :

• #1 Elaboration de surfaces nanostructurées supportées à base de nanoparticules (métalliques, plasmoniques, semi-conductrices) épitaxiées ou de molécules organiques sur des couches minces d’oxyde (MgO, Alumine). Mécanismes de croissance et d’organisation, propriétés optiques et plasmoniques.

• #2 Interaction molécules-nanoparticules pour la catalyse hétérogène : Relations entre sites d’adsorption, couplages intermoléculaires/avec la surface, dynamique vibrationnelle et réactivité catalytique. Sonder les effets de tailles dans des nanoparticules de plusieurs centaines d’atomes jusqu’à l’atome unique.

• #3 Interaction molécules-nanoparticules pour l’électronique moléculaire : Mécanismes d’assemblage (interdigitation, fonctionnalisation, ponts moléculaires), propriétés photo-physiques, déclenchement et suivi du transfert de charge à l’échelle femtoseconde.

• #4 Surfaces fonctionnalisées pour la biophysique par des molécules auto-assemblées. Propriétés vibrationnelles, structurales et antibactériennes.

• La technique de spectroscopie vibrationnelle de somme de fréquences (SFG) est une méthode de spectroscopie optique non-linéaire pour sonder les propriétés vibrationnelles de molécules sur des surfaces ou interfaces de différentes natures (solide/air, liquide/air, solide/liquide). La SFG, sensible à l’environnement, permet de déterminer les sites d’adsorption de la molécule, son orientation, l’influence des molécules voisines sur de large gamme de pression allant de l’ultravide (10-10 mbar) à la pression atmosphérique. Elle consiste à superposer spatialement et temporellement deux impulsions laser, dont l’une en résonance avec les états vibrationnels de la molécule. Elle permet aussi l’étude de la dynamique des interactions à une échelle de temps de l’ordre de 50 fs dans le cadre d’expérience pompe-sonde. Pour cela, une troisième impulsion, dont le retard avec la sonde est ajusté, induit une perturbation du système (électrons chauds dans le support ou états électronique de la molécule) et la SFG (sonde) pour différents retards, donne alors accès à la dynamique vibrationnelle du système.

Moyens expérimentaux

Une chaîne laser femtoseconde, renouvelée en 2021 comprenant 3 amplificateurs paramétriques optiques, couvre les longueurs d’onde du proche UV (0.24 µm) à l’IR moyen (16 µm) avec des durées d’impulsion allant de 35 fs à 3 ps. Les moyens de caractérisation incluent des spectromètres, auto-corrélateurs, FROG, mesureur de front d’onde (HASO) et PHAZZLER. Ces outils sont partagés entre différentes équipes du laboratoire (Nanophys, DIRAM, SYSIPHE, SYSTEMAE) pour des expériences de spectroscopies optiques non-linéaires d’états électroniques ou vibrationnels en phase gaz, sur des surfaces ou dans des matrices cryogéniques.

Un ensemble de chambres sous ultra-vide permet la préparation et la caractérisation des propriétés cristallines (LEED), chimiques (Auger), optiques (SDRS) topographiques et électroniques (STM/AFM) de surfaces variées et l’élaboration de couches minces et de nanoparticules métalliques sur des couches minces isolantes de quelques plans atomiques épitaxiées sur des monocristaux. Sa connexion en 2019 au tunnel sous vide de l’ISMO permet l’échange d’échantillons la mutualisation de techniques complémentaires de sciences des surfaces qui sont disponibles à l’ISMO (spectroscopies optiques et électroniques, microscopies à sondes locales et diffraction d’atomes et d’électrons).

A gauche : Chaîne laser fs Ti:Sa (Coherent, Legend Elite) 35 fs, 4 mJ, 3 kHz pompant 3 TOPAS pour disposer d’impulsions de l’UV (240 nm) au moyen IR (16 µm). Droite : ensemble sous ultravide à proximité de la chaîne laser fs et connecté tunnel sous vide de l’ISMO (centre).

Organismes soutenant nos projets :
• 2022 Labex PALM : collaboration avec Thomas Pino et Minh-Huong Ha-Thi (ISMO)
• 2018, 2021 Synchrotron SOLEIL : collaborations avec Alessandro Coati et Alina Vlad (SixS)
• 2018 Fédération de recherche LUMAT : collaboration avec Jean-Sébastien Lauret (LAC)
• 2016-2019 ANR JCJC LEMON : collaboration avec A. Bailly (Institut Néel, Grenoble), F. Charra (CEA, Saclay) et R. Lazzari (INSP, Paris)
• 2010-2012 ANR blanche : collaboration avec Bertrand Poumellec et Matthieu Lancry (coordinator, ICMMO)
• 2010 RTRA « Triangle de la Physique » : collaboration avec Fabrice Charra (SPCSI, CEA Saclay)
• 2008-2009 Fédération de recherche LUMAT : collaborations avec Vladimir Esaulov (LCAM) et Michaël Canva (LCFIO, IOGS, Palaiseau)
• 2007-2009 ANR SEST : collaboration avec Pierre Beauvillain (coordinateur, IEF) et Guillaume Viau (INSA, Toulouse)
• 2006-2010 ANR PNANO : collaboration avec Claude Henry et Clemens Barth (CINAM, Marseille-Luminy)

Projets en cours et résultats antérieurs - 2.8 Mo

Publications du groupe - 422.6 ko