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Service de Physique Statistique, Magnétisme et Supraconductivité
SPSMS - Directeur : Jean-Pascal BRISON

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Le SPSMS est un laboratoire du CEA-Grenoble associé à l'Université Joseph Fourier et composante de l'Institut de Physique de la Matière Condensée (environ 30 chercheurs et 10 techniciens). Il est entièrement dévolu à la recherche fondamentale en matière condensée : les thèmes de recherches que nous y développons couvrent le magnétisme, la supraconductivité, la nanophysique, avec pour objectif de dégager les nouveaux concepts qui permettront de « comprendre » les systèmes complexes où apparaissent de nouveaux états de la matière. Pour attaquer ces problèmes, nous avons rassemblé des moyens sur des sujets très ciblés mais qui couvrent tout le spectre allant de l’élaboration des cristaux ou des dispositifs électroniques à leur compréhension théorique, en passant par toute la gamme des mesures physiques en conditions extrêmes (très basses températures, fort champ magnétiques, haute pression) et des mesures microscopiques (diffusion neutronique, muons, synchrotron, spectroscopie tunnel par STM « scaning tunneling microscope »…). Une des grandes forces du laboratoire est le développement d’une instrumentation de pointe pour répondre aux nouveaux défis expérimentaux, tant dans le domaine de la nanophysique, que de la diffraction neutronique ou des mesures très bas niveau en environnement cryogénique (T ∼ 10 mK).

 

Le service est organisé en trois laboratoires et deux groupes :


Les différentes composantes du SPSMS travaillent en étroite collaboration de l'élaboration des matériaux et des dispositifs à la théorie en passant par la caractérisation macroscopique et microscopique.

 
Thèmes de recherche


Magnétisme : systèmes à électrons fortement corrélés, systèmes de spins quantiques et systèmes de spins frustrés.

Supraconductivité : supraconductivité non-conventionnelle, nouveaux matériaux supraconducteurs, supraconductivité à l'échelle mésoscopique, dispositifs supraconducteurs.

Nanophysique : effets quantiques dans les MOSFET ultimes (Silicium), transport dans les nanotubes de carbone et nanofils semiconducteurs.

 
Outils de recherche

 

  • Synthèse d'échantillons :
    • Cristallogenèse (intermétalliques, oxydes).
    • Salles blanches (PROMES, Plate forme Technologique Souple).
  • Mesures macroscopiques :
    • chaleur spécifique, transport, aimantation, mesure de bruit électronique, le tout en conditions extrêmes (18 T, 10 mK, 20 GPa).
  • Mesures microscopiques :
    • Microscopie à effet tunnel (STM).
    • Diffraction et diffusion inélastique des neutrons à l'Institut Laue Langevin (responsabilité de 4 CRG).
    • Utilisation du rayonnement synchrotron et des muons.
  • Méthodes théoriques :
    • Théorie quantique des champs, physique statistique et théorie à N-corps.
    • Méthodes numériques, simulation Monte-Carlo quantique, théorie de la fonctionnelle densité.
 

maj : 06-01-2014 (132)

Sous thèmes

Groupes ou laboratoires

Instrumentation, Matériaux Avancés, Physique des Electrons Corrélés
IMAPEC
Les recherches menées par IMAPEC visent à traiter les problèmes actuels dans le domaine des systèmes à électrons fortement corrélés par 3 actions : - Des développements instrumentaux innovants pour réaliser des mesures précises et originales, en particulier dans des conditions extrêmes de très basses ... Lire la suite »
Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité
LaTEQS
Link to the LaTEQS English webpage LaTEQS étudie le comportement mésoscopique de micro et nano-systèmes électroniques refroidis à très basse température.   L'absence de processus inélastiques à basse température permet de dévoiler la nature quantique du transport électronique. Lorsqu'en plus le ... Lire la suite »
Magnétisme et Diffraction Neutronique
MDN
Activités Le Laboratoire MDN , créé par L. Néel et E.F. Bertaut autour des réacteurs Mélusine et Siloé au début des années 60, étudie la physique de la matière condensée à partir de la diffusion des neutrons. Depuis 1995, son activité est centrée autour des spectromètres ... Lire la suite »

Techniques

 

Faits marquants

Superconducting graphene
06 juin 2014
Atomically clean superconducting graphene has been grown on thin rhenium films. This breakthrough paves the way to new hybrid superconducting nanostructures.   Graphene is not an intrinsic superconductor but can become superconducting by proximity effect when it is intimately connected with a superconductor. In such a situation, new behaviors are expected in this two-dimensional ... Lire la suite »
Une pompe à électrons en silicium pour la métrologie quantique de l'ampère
09 octobre 2013
Contact : Xavier Jehl
Les pompes à électrons sont des dispositifs délivrant un courant quantifié relié à une fréquence f: I=Nef, où N est un entier et e la charge de l'électron. Une pompe à électron délivrant un courant au moins égal à 1nA ( f >600MHz) avec une précision suffisante permettra de ... Lire la suite »
Vladimir P. Mineev receives the 2014 Lars Onsager Prize (American Physical Society) together with Grigory E. Volovik (Aalto Univ.)
08 octobre 2013
Contact : Vladimir Mineev
Vladimir P. Mineev (INAC, CEA-Grenoble) and Grigory E. Volovik (Aalto University School of Science) are the 2014 Lars Onsager Prize Recipients. This prize from the American Physical Society recognizes outstanding research in theoretical statistical physics including the quantum fluids. It consists of $10,000 as well as a certificate citing the contribution made by the recipient. It was ... Lire la suite »
Logiciel Kwant : simulation du transport quantique pour tous.
01 octobre 2013
Contact : Christoph Groth
Le logiciel Kwant vient d’être mis à disposition de la communauté scientifique sur le site http://kwant-project.org. Outre l’optimisation classique de la vitesse de simulation, cette plateforme logicielle permet un gain drastique du temps humain nécessaire pour étudier de nouveaux systèmes physiques quantiques.   Alors que la ... Lire la suite »
Electrons corrélés en conditions extrêmes
18 septembre 2013
Extreme conditions of high pressure, associated with low temperatures and high magnetic field are the corner stone for the exploration of  the phase diagrams of strongly correlated electron systems, and therefore for the discovery of new states of matter and of the interplay between the possible ground-states (notably superconductivity and magnetic instabilities). But these studies are ... Lire la suite »
Les interactions phonons rotons dans l'’hélium superfluide
11 mars 2013
Contact : Bjorn Fåk
Les mesures des excitations élémentaires de l'hélium superfluide réalisées à l’INAC montrent l'importance des processus à trois particules dans les condensats de Bose.   L'hélium liquide est un sujet d'étude de la matière extrêmement riche qui permet d'aborder de nombreuses ... Lire la suite »
L'ordre caché de URu2Si2 dévoilé
02 octobre 2012
Contact : Eric Ressouche
Le composé URu2Si2 fait l'objet de nombreuses études car la nature de sa transition de phase à T0 = 17,5 K demeure mystérieuse malgré plus de 20 années d'intenses recherches. Nos mesures effectuées par diffraction de neutrons montrent qu'elle implique des moments multipolaires.   Le composé intermétallique ... Lire la suite »
Deux dopants valent mieux qu’'un
29 mai 2012
Contact : Marc Sanquer
Une équipe du SPSMS, en collaboration avec le SP2M et le Leti a fabriqué un dispositif qui permet une mesure précise et fiable des niveaux d'énergie des dopants dans des nanostructures de silicium, un challenge clé de la nanoélectronique. Les niveaux d'énergie d'un dopant isolé sont largement espacés à la manière d’orbitales atomiques. Dans une nanostructure, de type nanofil, ils sont ... Lire la suite »
URANIUM UNVEILED AT LAST
03 décembre 2011
Modeling strongly correlated systems is a very delicate task. For instance, the theory for the phonon spectrum of uranium has only been available since 2008. Our recent measurements have confirmed this theory and our results combined with new calculations provide an interpretation for the very original phase diagram of this metal.   Among simple elements, uranium is certainly the ... Lire la suite »
Un microspectromètre à base de nanodétecteurs de photons uniques supraconducteurs
02 novembre 2011
Un prototype de microspectromètre SWIFTS (Stationary Wave Integrated Fourier Transform Spectrometer) a été réalisé à partir d'un réseau de détecteurs de photons uniques à base de nanofils supraconducteurs (SNSPD, Superconducting Nanowire Single Photon Detector). Le SWIFTS-SNSPD constitue le premier dispositif ... Lire la suite »
Le diagramme de phase de l'uranium est totalement compris
23 septembre 2011
Ce résultat fait la couverture de Phys. Rev Lett. 107 (13). L'article signé par S. Raymond et al., Understanding the Complex Phase Diagram of Uranium: The Role of Electron-Phonon Coupling, décrit les résultats d'une étude expérimentale couplée à des calculs théoriques qui expliquent le diagramme de phase de l'uranium, dont une ... Lire la suite »
100 ans de supraconductivité - Le SPSMS à l'honneur
01 juillet 2011
Le numéro de juin-août des C.R. Physique est consacré à la supraconductivité des systèmes fortement corrélés. Trois contributions sont signées par des chercheurs du SPSMS, témoignant de sa forte empreinte internationale sur ce sujet depuis de nombreuses années : Antiferromagnetism and superconductivity in cerium ... Lire la suite »
HOW DO NANOTUBES GROW?
04 mai 2011
Based on numerical simulations, we have reached a new step in our understanding of the mechanisms that drive the growth of carbon nanotubes.   One of the most commonly used methods for synthesizing carbon nanotubes is chemical vapor deposition (CVD). The reaction involves a liquid catalyst placed on a substrate. This catalyst consists of metallic clusters (iron, cobalt, ... Lire la suite »
ELECTRON PUMPS
05 avril 2011
Contact: Xavier Jehl
We have designed and fabricated the first electron pump using silicon on insulator (SOI) in a standard microelectronics technology. These devices could be used as electrical current standards.   The definition of the ampere in the international system of units is based on the force associated with an electrical current flowing in two parallel conductors assumed to be of infinite ... Lire la suite »
AN INSULATING SUPERCONDUCTOR
01 février 2011
Were you aware that atomic disorder in a metal could result in a quantum transition to an insulating state? Then, what about it when the metal is also a superconductor? Spatially resolved tunneling spectroscopy has revealed the spectral signature of this transition in this paradoxical context.   Superconductivity relies on the formation of electron pairs, called Cooper pairs (see ... Lire la suite »
TRY SPINEL, THE NEW SPIN ICE CREAM FLAVOUR
15 décembre 2010
We have just discovered a new spin ice, i.e., a magnetic system with a residual entropy at low temperature.   Statistical physics teaches us that a system’s entropy goes to a finite limit when the temperature approaches absolute zero. This is Nernst's principle, also called the third principle of thermodynamics. In a large majority of cases, this entropy limit is zero: the ... Lire la suite »
RESONANT SUPERCURRENT TRANSISTORS MADE OF SiGe QUANTUM DOTS
10 septembre 2010
Contact : Georgios Katsaros – SPSMS
When two superconductors are connected through a tunnel junction, electron pairs -- the so-called Cooper pairs -- can flow from one to the other. This phenomenon is known as the Josephson effect. We have produced a Josephson quantum dot device in which a single SiGe self-assembled quantum dot is placed between two superconducting electrodes.   In 2006, a group at Harvard university ... Lire la suite »
Nano-écluses pour un courant supraconducteur
20 avril 2010
Silvano de Fransceschi
Une équipe du SPSMS, en collaboration avec l’université de Dresde, le Léti et l’Institut Néel, ont réalisé le premier transistor supraconducteur à un porteur à base de SiGe. Cet exploit combine la croissance d’îlots nanométriques auto-assemblés de SiGe et la réalisation de nanocontacts ... Lire la suite »
ARE NEW SUPERCONDUCTORS TWO-DIMENSIONAL?
03 avril 2010
In the quest for high critical temperature superconductors (HTCS), a new family of iron-based compounds was discovered in 2008, some of them containing arsenic while others, more recently found, contain selenium or tellurium. Our measurements, performed with a system of this latter type, show a relatively small anisotropy of the critical field Hc2 (above which superconductivity disappears), in ... Lire la suite »
Nouveaux supraconducteurs au fer : mesure du champ critique
20 mars 2010
Daniel Braithwaite
Dans la course aux supraconducteurs à haute température critique (HTC), une nouvelle famille de composés à base de fer est apparue ces dernières années, certains contenant de l’arsenic, d’autres, encore plus récemment, du sélénium ou du tellure. Une équipe du SPSMS a élaboré des gros monocristaux de ... Lire la suite »
DOPING: A SINGULAR CASE
05 février 2010
Contact: Xavier Jehl
Following the downsizing of microelectronics devices, a large variability in the characteristics of nominally identical transistors is observed. These differences in their behaviour, which are awkward even at ambient temperature, are explained by electronic transport measurements performed at very low temperature. They are due to the presence of a few dopant atoms well-centered in the ... Lire la suite »
Audrey Grockowiak sélectionnée pour « Fly your Thesis »
20 janvier 2010
Contact : Christophe Marcenat
Audrey Grockowiak, thésarde à Inac/SPSMS et Institut Néel fait partie d'une équipe de 4 thésards (3 Grenoblois + 1 Toulousain) sélectionnée par l'ESA dans le cadre de son programme "Fly your Thesis" pour réaliser, début 2011, des expériences en microgravité dans un Airbus en vol parabolique. Leur projet "Deep impact" ... Lire la suite »
Point critique quantique dans les fermions lourds
20 décembre 2009
Stéphane Raymond
A T=0 K, il ne reste que les fluctuations quantiques pour opérer une transition de phase, alors qu’à T>0 K, ce sont les fluctuations thermiques qui agissent. Or on observe de telles transitions dans certains diagrammes de phase, à T= 0 K, pour une composition chimique bien précise : on est au « point critique quantique ». Des théories ... Lire la suite »
Un seul dopant dicte sa loi au transistor
20 décembre 2009
Xavier Jehl
Pourquoi les grandes conférences de microélectronique s’intéressent-elles tellement à la « variabilité ». Parce qu’avec la miniaturisation actuelle, la fiabilité de la production des composants semi-conducteurs souffre de la statistique des petits nombres (de dopants) : dans un lot de transistors la dispersion est très ... Lire la suite »
Nouveau supra pour accélérateurs à haut champ
20 novembre 2009
Jean-Claude Villegier
Depuis plus de 20 ans, le niobium massif est considéré comme le plus performant pour les applications hauts gradients des cavités radiofréquence supraconductrices (SFR) pour les accélérateurs de particules. Au delà de certaines valeurs du champs magnétique, le niobium perd sa propriété de supraconductivité, ce qui ... Lire la suite »
WHAT IS HIDDEN BEHIND THE PSEUDO-GAP?
10 novembre 2009
One of the main characteristics of high critical temperature superconductors is the existence of an abnormally small density of electronic states at the Fermi level, in the normal state. We have just witnessed similar behaviour in a conventional, albeit very disordered, superconductor.   The existence of a gap in the density of electronic states and its disappearance at the ... Lire la suite »
THE NEUTRON SPIN DETERMINES THE RESOLUTION
10 octobre 2009
A neutron resonance spin echo (NRSE) option has recently been installed on the three-axis spectrometer IN22 (CRG at the ILL). This device enables a gain up to two orders of magnitude in terms of energy resolution, and permits precise measurements of dispersive excitation lifetimes.   The neutron spin echo (NSE) technique is a smart tool used to drastically enhance the energy ... Lire la suite »
INSIGHT INTO THE HIDDEN ORDER OF URU2SI2
01 juin 2009
After more than 20 years of intense research, the nature of the phase which appears below 18 K in the compound URu2Si2 remains a mystery. Until now, no measurement using a microscopic probe has been able to directly link a physical parameter to this phase. We have just shown that this phase is characterized by low-energy magnetic excitations. This finding was made possible thanks to thermal ... Lire la suite »
Prix de la Société Japonaise de Physique pour Dai AOKI
20 mai 2009
Jean-Pascal Brison
Dai Aoki, qui travaille au laboratoire IMAPEC du SPSMS s’est vu décerné le « JPS Award for Academic Papers on Physics » pour un article décrivant la supraconductivité non conventionnelle dans le composé à fermions lourds NpPd5Al2. La mention du prix est la suivante : “The JPS has established the Award for Academic Papers on ... Lire la suite »
Cohérence supraconductrice et désordre
20 avril 2009
Claude Chapelier
Une des énigmes des supraconducteurs à haute température critique Tc, réside dans les propriétés électroniques de leur phase normale et en particulier dans l’origine du « pseudo-gap », un affaiblissement de la densité d’états électroniques au niveau de Fermi qui se transforme en un gap supraconducteur ... Lire la suite »
HOLE TRANSPORT THROUGH SINGLE SELF-ASSEMBLED SIGE ISLANDS
06 avril 2009
Contact: Georgios Katsaros
Starting with a self-assembled SiGe island, we have fabricated a device in which we can precisely control the number of charge carriers. Thanks to the properties of the material in use, this device provides a means to manipulate the spin of the charge carriers in an unprecedented way.   One of the most fascinating challenges for future electronics is to produce devices whose ... Lire la suite »
Couche minces supraconductrices de grande dimension
20 mars 2009
Jean-Claude Villégier
Le SPSMS est le premier laboratoire à réaliser des couches minces et ultraminces de nitrures supraconducteurs (NbN, NbTiN) en standards 100 et 200 mm dans le cadre de deux projets. Pour le premier, HyperSCAN (ANR-TCOM pour télécommunications spatiales, coordonné par INAC avec une collaboration Léti-DPTS), ces couches avec une température ... Lire la suite »
Un dispositif à nanofil multifonctionnel
16 février 2009
Silvano de Franceschi
A partir d'un nanofil de silicium unique, des chercheurs du SPSMS/LaTEQS ont réalisé le premier prototype d'un dispositif multifonctionnel qui peut être utilisé comme transistor à effet de champ, diode Schottky ou diode p n. Le nanofil, fabriqué par SP2M/SiNaPS est fin (Ø 40 nm) et non dopé. Il est déposé sur un substrat ... Lire la suite »
A MULTIPURPOSE DEVICE BASED ON A NANOWIRE
03 février 2009
Contact : Massimo Mongillo
Using a single silicon nanowire, we have made the first prototype of a multipurpose device which can be used as a field effect transistor, a Schottky diode or a p-n diode. We obtain these functions using electrostatic gates to control the interfaces between the metallic source and drain contacts, and the semiconductor channel.   Nanometer-scale electronic devices are expected to be ... Lire la suite »
Un four tétra-arc pour les composés à fermions lourds
16 décembre 2008
Daniel Braithwaite
En moins d’un mois le laboratoire SPSMS/IMAPEC vient d’installer, avec le fabricant japonais, un four tétra-arc, et de produire son premier cristal de URu2Si2 (0,5 cm de diamètre) pour une expérience de diffusion de neutrons sous pression et sous champ magnétique à l’ILL. Il s'avère que ce cristal est probablement le meilleur jamais ... Lire la suite »
L’'écho de spin résonant en fonctionnement à l'’ILL
16 mai 2008
En collaboration avec des équipes de l’ILL, chercheurs, électroniciens et mécaniciens du SPSMS viennent d’aboutir dans la réalisation d’un ambitieux projet de spectromètre de neutrons à écho de spin résonant. Monté sur la ligne IN22, il vient de fournir ses premiers spectres de diffusion inélastique en ... Lire la suite »
Dai Aoki primé par la Commission de Physique des Basses Températures de IUPAP (INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED PHYSICS)
16 mars 2008
Dai Aoki

Le prix concerne la découverte de la supraconductivité de URhGe faite à Grenoble et de NpPd5Al2 faite au Japon. Les travaux de Dai Aoki portent sur la supraconductivité non conventionnelle dans les systèmes électroniques fortement corrélés dits « fermions lourds »

Une jauge de dilatation pour traquer l’ordre magnétique caché
16 décembre 2007
Alain Villaume
Une équipe du SPSMS a utilisé un dispositif en apparence très simple pour améliorer fortement la précision dans la détermination des transitions de phases magnétiques. Une jauge de dilatation, sensible à une variation de un pour dix millions, est collée sur l’échantillon placé dans une cellule de pression (1,5 ... Lire la suite »
Transport électronique local dans un monocristal organique en configuration transistor
16 décembre 2007
Benjamin Grévin
Des chercheurs du SPrAM ont réussi à fabriquer un monocristal ultrafin de rubrène puis à mesurer, en collaboration avec le SPSMS, les propriétés de transport électronique des porteurs « enterrés » par une technique de spectroscopie de champ proche. C’est la première fois que sont mesurés la mobilité ... Lire la suite »
Un supraconducteur qui ne craint pas les champs magnétiques intenses
16 juin 2007
Jean-Pascal Brison
URhGe est l’un des rares composés à exister simultanément dans l’état ferromagnétique et supraconducteur. Par des mesures effectuées au Laboratoire des Champs Magnétiques Intenses de Grenoble (GHFML), des chercheurs du SPSMS viennent de montrer que pour une direction particulière du champ, la supraconductivité survivait ... Lire la suite »
Magnétisme à la pression
16 janvier 2007
Georg Knebel
Le diagramme de phase magnétique pression-température du composé à fermions lourds YbRh2Si2 a été précisé grâce à des mesures de chaleur spécifique et de résistivité électrique effectuées au SPSMS. Ce sont les fluctuations de valence qui expliquent que ce composé possède un ... Lire la suite »
Résistance de nanofils de silicium dopé
16 janvier 2007
Xavier Jehl
Une équipe du SPSMS a réalisé les premières mesures de résistance électrique sur des nanofils isolés de silicium dopé au bore, obtenus par croissance. Les nanofils ont été réalisés au LETI/DOPT et le dopage puis les mesures au DRFMC/SPSMS. Deux contacts ont été déposés sur le nanofil ... Lire la suite »
Le silicium supraconducteur à pression ambiante.
16 novembre 2006
Christophe Marcenat
Fruit d’une collaboration entre le CNRS, le DRFMC/SPSMS, les universités de Lyon, d’Orsay et de Košice (Slovaquie), une méthode originale de dopage a conduit à la première observation de la supraconductivité à pression atmosphérique dans le silicium dopé au bore. Pour augmenter considérablement le taux de dopage ... Lire la suite »
 

 

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