Laboratoire Léon Brillouin

Quelle peut être la plus petite conductivité thermique d’un cristal ? Cette question revêt un intérêt fondamental et technologique. La conception de matériaux ayant une faible conductivité thermique est devenue un défi technologique crucial pour les dispositifs thermoélectriques. Le projet MELODY vise à résoudre cette question fondamentale et fournira de nouvelles directivons pour le développement de matériaux à faible conductivité thermique. Dans le cadre de ce projet, nous proposons de tirer parti du couplage des phonons avec les degrés de liberté magnétiques dans des échantillons bien choisis (oxydes magnétiques et oxydes d'entropie élevée) pour réduire la conductivité thermique. En combinant des sondes macroscopiques (chaleur spécifique, conductivité thermique) et des sondes microscopiques (diffusion inélastique des neutrons) avec des calculs théoriques de premier principe, nous visons à identifier les mécanismes qui conduisent à leur faible conductivité thermique et à les optimiser pour atteindre la conductivité thermique la plus basse possible. Le projet MELODY est constitué d'un consortium de quatre partenaires, tous des experts mondiaux dans les domaines de la synthèse chimique, du transport thermique, de la diffusion inélastique des neutrons et des calculs de premier principe. La combinaison de leur expertise ouvrira une nouvelle approche pour l'ingénierie de conducteurs thermiques à faible conductivité.

Les enjeux liés à la sécurité et la nécessité d’augmenter la densité d'énergie des batteries imposent le développement de «nouvelles» chimies pour les matériaux actifs d'électrode et l’électrolyte. Le lithium (Li) métal est l’anode de choix (capacité spécifique 10 fois plus élevée que celle des batteries Li-ion), pour produire des batteries de très haute densité d’énergie. L’électrolyte solide polymère sec (EPS) permet d’améliorer la sécurité des dispositifs et d’apporter la flexibilité de la conception. Cependant, les EPS présentent une trop faible conductivité ionique à température ambiante et un nombre de transport de Li, t+ < 0,2. Or un t+ élevé (t+˜1) permet de prévenir la formation de gradient de concentration entre la cathode et l’anode, responsable de croissance dendritique et le court-circuit de la batterie. A part des performances électrochimiques, la sécurité des batteries tout solide est également liée à la conductivité ionique de l’électrolyte solide. En effet, une conductivité ionique élevée induit à une faible impédance dans l’électrolyte et ses interfaces avec les électrodes et donc une faible génération thermique durant les cycles charges/décharges en particulier à hautes densités de courant. Pour relever ces verrous, nous proposons dans le projet 2POLI de nouveaux matériaux électrolytes polymères nanoporeux à conduction ionique unidimensionnelle. Ces électrolytes sont préparés à partir de copolymères à blocs comportant un bloc dégradable nanostructuré en morphologie cylindrique dont les canaux sont orientés perpendiculaires aux électrodes et remplis d’électrolytes non-aqueux. Grâce aux effets de nano-confinement, un chemin de conduction quasi-dimensionnelle et une chimie de surface des pores adéquate, ces matériaux présenteront une conductivité ionique semblable à celle d’un électrolyte liquide, un t+ proche de 1 et une flexibilité convenable pour mieux adapter à la déformation de la batterie.

Les situations dans lesquelles un liquide recouvre une surface ont été largement étudiées en raison de leur omniprésence (par exemple, la peinture, les gouttes de jet d'encre...). Ce phénomène, connu sous le nom de mouillage dynamique, est aujourd'hui bien compris lorsque des liquides se répandent sur des substrats solides plats. Cependant, les substrats réels ne sont ni atomiquement plats ni passifs. La difficulté de décrire ce phénomène vient de la large gamme d'échelles de longueur impliquées, de la taille millimétrique d'une goutte à la gamme nanométrique de l'interaction liquide/substrat. L'objectif du projet DYNAMO est de comprendre comment la rugosité nanométrique (topographique ou chimique) est corrélée à la dynamique du mouillage. Grâce à une approche multidisciplinaire combinant la physique et la chimie des surfaces, nous proposons des expériences modèles systématiques qui permettent une visualisation et une caractérisation multi-échelle de l'étalement d'un liquide polymèrique. Nous visons à décrire les mécanismes de dissipation d'énergie (viscosité, visco-elasticité, frottement...) à la ligne de contact pour l'étalement d'un liquide polymèrique sur 1) une rugosité nanométrique purement topographique et 2) sur un nano-revêtement chimique, de type brosse de polymère. Des techniques de microscopie optique permettront de sonder le mouillage aux échelles macroscopiques. Les échelles nanométriques seront sondées grâce à la diffusion de surface par rayons X/neutrons. Enfin, nous développerons un tribomètre pour mesurer directement les forces de frottement lors du mouillage forcé. La complémentarité de ces techniques permettra de comprendre les mécanismes de dissipation d'énergie à la ligne de contact de l'échelle nanométrique à l'échelle millimétrique.

La quête de la supraconductivité à température ambiante n'a jamais cessé de battre son plein depuis sa découverte en 1911. Ce phénomène fascinant, où le matériau perd sa résistivité au passage du courant en dessous d'une température critique (Tc), se présente comme une solution aux défis sociétaux dans les domaines de l'énergie, des transports, de la santé et de l'informatique, et est déjà en jeu dans plusieurs infrastructures modernes. En l'état actuel des connaissances, les températures critiques les plus élevées ont été atteintes, à pression ambiante, dans une classe de matériaux à base d'oxyde de cuivre découverts en 1986, à savoir les cuprates. Ces oxydes sont des isolants de Mott antiferromagnétiques dans lesquels le dopage en trous induit un état supraconducteur qui survit jusqu'à 135 K, au-dessus de la température de l'azote liquide. Au fil des années, ces matériaux se sont révélé être un puits inépuisable d'instabilités électroniques exotiques qui ont stimulé un large éventail de recherches expérimentales et théoriques. Le diagramme de phase électronique des cuprates supraconducteurs hauts-Tc dopés en trous est dominé par l'énigmatique phase de pseudogap dans le régime sous-dopé. Le pseudogap est considéré un élément clé pour la compréhension du mécanisme de la supraconductivité, jouant soit le rôle d'un état préemptif pour la supraconductivité, ou celui d'un paramètre d'ordre, caractérisé par des symétries brisées, en compétition avec la supraconductivité. Malgré des décennies d'efforts expérimentaux et théoriques, l'origine de ce mystérieux état électronique de la matière demeure une énigme. Une multitude de sondes expérimentales rapporte des brisures des symétries discrètes de renversement temporel, de parité et de rotation se produisant dans le pseudogap, interprétées comme les signatures d'un ordre magnétique caché préservant la symétrie de translation du réseau cristallin (magnétisme à q=0). Alors que les interprétations en termes de magnétisme de spin ou orbitalaire ne parviennent pas à reproduire les résultats expérimentaux, des phases exotiques impliquant des états quantiques magnéto-électriques de boucles de courants offrent une description satisfaisante des états électroniques conduisant à cet ordre à q=0. Cependant, ce magnétisme préservant la symétrie de translation, il ne peut être seul à l’origine du pseudogap. Récemment, nous avons découvert de nouvelles corrélations magnétiques dans la phase de pseudogap, donnant lieu à une diffusion magnétique à q=1/2 dans l'espace réciproque. Combinées au magnétisme q=0, ces corrélations conduisent à une texture magnétique cachée au sein de la phase de pseudogap, brisant la symétrie de translation et pouvant jouer un rôle dans l'ouverture du pseudogap. Le projet NEXUS suit une approche transdisciplinaire à deux volets, reliant la chimie et la physique de la matière condensée. Les deux principaux objectifs de NEXUS sont de : i) sonder l'universalité du magnétisme q=1/2 dans la phase de pseudogap de différentes familles de cuprates, sa caractérisation (en fonction du dopage, de la température, du champ magnétique) et comprendre son interaction avec d'autres instabilités électroniques dans l'état pseudogap telles que l’onde de densité de charge et l’état supraconducteur et ii) étudier les signatures de la brisure de symétrie de translation dans l'état de pseudogap, résultant d’une texture magnétique cachée de boucles de courant, qui serait la preuve directe du lien entre le magnétisme de boucles de courant et l'apparition du pseudogap. La méthodologie de NEXUS comprend une importante activité de chimie du solide et de croissance cristalline de divers cuprates par la méthode de fusion de la zone solvante ou par flux. L’étude des nouvelles corrélations magnétiques à q=1/2 et leur lien avec le magnétisme à q=0 seront menées sur très grands instruments de recherche, au moyen d’outils de pointe : la diffusion neutronique et la diffraction résonante des rayons X.

Dans NANOCAPIL, nous proposons de développer une nouvelle classe de nano-catalyseurs poreux hautement actifs, sélectifs et recyclables par une stratégie d'assemblage non covalent. Ainsi, des nanoparticules métalliques (MNPs) stabilisées par des liquides ioniques polymérisés (PILs) cationiques seront complexées électrostatiquement par des polyanions pour construire des réseaux poreux 3D avec des propriétés catalytiques sans précédent. Contrairement aux stratégies conventionnelles, cette méthodologie permettra de transposer la chimio-sélectivité des MNPs isolées au réseau 3D formé, en préservant le micro-environnement autour des MNPs. La porosité permettra d'améliorer les processus de transfert de masse pour une activité catalytique élevée. Les principaux objectifs concernent i) la synthèse de réseaux hybrides polymères/MNPs en faisant varier les caractéristiques des éléments constitutifs, ii) la caractérisation du système à plusieurs échelles pour établir des relations structure/propriétés, iii) l'étude des propriétés catalytiques en relation avec la structuration du réseau. Des transformations d'intérêt fondamental et industriel, telles que l'hydrogénation sélective de substrats multi-fonctionnels, seront étudiées avec un accent particulier sur les questions de sélectivité.

Afin de faire respecter le traité de non-prolifération nucléaire et dans un contexte terroriste accru, la détection et l’identification de matériel nucléaire et radioactif (N/R) représente un enjeu crucial. Cette surveillance N/R est réalisée par des matériaux scintillants qui convertissent les radiations incidentes en photons de scintillation. La surveillance du territoire est alors assurée via le déploiement de portiques de détection embarquant des scintillateurs plastiques (SPs) présentant les avantages suivants : production grands volumes à bas coût, résistants aux conditions climatiques extérieures et modifiables à façon selon le type de détection visé. Le principal verrou technologique de ce type de capteur reste néanmoins leur faible pouvoir d’arrêt de rayonnement à haute énergie. Composés majoritairement d’atomes de carbone, hydrogène et oxygène, les SPs possèdent un faible numéro atomique effectif (Zeff) diminuant significativement leur pouvoir d’arrêt vis-à-vis des rayonnements gamma de haute énergie et détériorant l’information d’identification sur le signal d’analyse. Des stratégies précédentes ont employées des composés organométalliques de Bismuth ou de Plomb pour augmenter le Zeff des PSs, mais l’augmentation du pourcentage d’organométalliques a provoqué systématiquement une chute significative du rendement de luminescence. De récentes études ont établi une preuve de concept de l’utilisation de nanoparticules à haut numéro atomique (Z) et leur incorporation à haut taux de dopage dans de nouveaux Scintillateurs NanoComposites (SNCs). Ces développements permettraient d’adresser d’autres secteurs d’applications comme le diagnostic médical. Le project SciNapS vise à développer d’autres types de Scintillateurs NanoComposites à Zeff augmentés via l’intégration dans des matrices plastiques d’une large quantité de matériaux nanophotoniques à haut Z. Différents nanomatériaux seront étudiés tels que des nanocristaux de fluorures dopés Cerium (La1-xCexF3, LiGd1-xCexF4), des Quantum Plates (CdSe/CdS, CdS-ZnSe) et des nanoparticules métalliques mono-, bi- ou trimétallique d’or, argent et platine ou d’indium. Pour chaque type de nanomatériaux, des simulations Monte-Carlo identifieront les meilleurs candidats et optimiseront leurs conditions de dispersion (i.e. distance inter-objet, taux de dopage). La synthèse de ces nano-objets (i.e. différentes compositions, structures, tailles) et leur modification de surface (traitement thermiques, cœur/coquilles adaptées (CdS, ZnS), tensio-actifs polymérisables) permettront le réglage fin de leur émission photonique (i.e. longueurs d’ondes d’absorption et d’émissions, rendement quantique, temps de vie de fluorescence) ainsi que leur dispersion à haute quantité (sup. à 20%m, idéalement sup. à 50%m) dans des matrices monomères aromatiques tel que le styrène. Des nanocomposites scintillants seront ensuite produits en se basant sur des procédés similaires aux SPs ou en développant de nouvelles approches si nécessaire, puis analysés en termes structural (SAXS), photoniques (temps de vie, FRET, rendement quantique) et de réponse aux rayons gamma (rendement de radioluminescence, présence de pics caractéristiques d’absorption totale). Une analyse comparative avec les références commerciales (benchmark) et une étude de marché sera alors menées sur les meilleurs SNCs obtenus, puis suivra le cas échéant une étude de montée à l’échelle de production des nanomatériaux et des SNCs. Le projet SciNapS regroupe trois équipes de recherches académiques (Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), Laboratoire Léon Brillouin (LLB), CEA-List), une PME spécialisée en Quantum Plates (Nexdot) et un industriel leader en production de scintillateurs plastiques (Nuvia). Ce consortium pluridisciplinaire propose ainsi un large maillage de la recherche académique, entrepreneurial et industrielle française.

Les objectifs du projet FIDELIO visent à optimiser la conception et l’utilisation de matériaux mésoporeux dans le cadre d’applications pour la production et le stockage d’énergie. Le confinement à l’échelle nanoscopique d’un liquide a pour effet de modifier ses propriétés (densité locale, mobilité et la solubilité de gaz), mais aussi de décaler les températures et pressions de transitions de phases. Nous nous intéresserons plus particulièrement aux cas de surfaces hydrophobes permettant la conversion d’énergie mécanique et interfaciale observée sous haute pression lors des phénomènes d’intrusion/extrusion de liquides tels que l’eau ou des solutions aqueuses. Nous proposons d’étudier les propriétés du liquide ainsi confiné afin de définir les meilleures conditions de dissolution de gaz conduisant à la formation et la stabilisation d’hydrates, dont la nucléation serait favorisée par des effets interfaciaux ajustables; les transitions de phase des hydrates seront explorées dans une large gamme de température et de pression. A chaque étape, de nouvelles méthodes et montages expérimentaux seront développés. Le projet FIDELIO devrait fournir de nouvelles pistes facilitant stockage et séparation de gaz dans un diagramme de phase P-T facilement accessible. Dans ce contexte, il sera nécessaire de mener une réflexion sur le cycle de vie des matériaux sélectionnés.

Avec la raréfaction de l’hélium, utilisé en particulier en imagerie médicale, il est devenu crucial de trouver de nouvelles technologies de réfrigération. Les matériaux magnétocaloriques, utilisés pour la réfrigération par désaimantation adiabatique, sont une alternative intéressante. Les grenats de gadolinium par exemple, développés récemment, possèdent des performances magnétocaloriques élevées ; leur inconvénient principal étant que ces performances sont maximales vers 2 K, c’est à dire, trop bas pour beaucoup d’applications utilisant l’hélium liquide. Le but du projet SAKÉ est d’optimiser les propriétés magnétocaloriques dans de nouveaux grenats de terre-rares, grâce à des substitutions sur les trois sites cristallographiques de la structure grenat. La force du projet réside dans l’étude, entre autres, de grenats originaux à haute-entropie. Le consortium choisi rassemble des chimistes expérimentés et une expertise reconnue en diffusion inélastique des neutrons, qui permettra en plus de l’aspect optimisation des matériaux, d’approfondir les connaissances sur les paramètres contrôlant l’effet magnétocalorique, en particulier l’anisotropie magnétique et les effets du champ magnétique sur l’état fondamental.

Les huiles lubrifiantes sont de plus en plus utilisées dans plusieurs applications industrielles et la demande pour ces matériaux est en continuelle augmentation afin de réduire la consommation d’énergie et l’usure des machines. Dans ce cadre, le développement de lubrifiants de hautes performances soutient le développement d’industries et de marchés importants. Récemment, les liquides ioniques (IL) se sont révélés être des candidats prometteurs pour de nouveaux lubrifiants hautes performances grâce à leurs diverses propriétés physico-chimiques et à leur forte capacité de réduction de frottement entre deux surfaces. Ces propriétés prometteuses des IL se sont révélées être fortement liées à leur capacité à se nanostructurer en volume et aux interfaces. Cependant, la gamme de viscosités disponibles dans la plupart des classes de IL est assez étroite comparée aux lubrifiants macromoléculaires. Les poly (liquides ioniques) (PIL) sont donc des candidats prometteurs pour amplifier les propriétés de frottement et chimiques des polymères et des IL en lubrifiants macromoléculaires innovants et hautement modulables. L'ajout à ces macromolécules d'interactions locales héritées des IL crée un riche ensemble de propriétés chimiques et physiques complexes, ouvrant de nouvelles perspectives pour la conception de matériaux polymères ayant des fonctions ciblées. Ces propriétés sont étroitement liées à la conformation moléculaire et la dynamique des PIL. Le projet POILLU vise à tirer parti des propriétés de lubrification des IL et de la forte capacité de glissement des polymères fondus pour développer des PIL aux propriétés de lubrification améliorées. Soutenu par la synthèse d'une nouvelle classe de PIL spécifiquement conçus pour répondre aux critères stricts et aux objectifs ambitieux de ce projet, ce consortium multidisciplinaire réalisera une description moléculaire détaillée des mécanismes de transmission des contraintes impliqués dans les PIL en utilisant une large gamme de techniques expérimentales de pointe. Le couplage de la caractérisation rhéologique et des techniques de diffusion du rayonnement (SANS, WAXS) nous permettra de déterminer la relation structure / dynamique à plusieurs échelles apparaissant dans les PIL. La nanostructuration interfaciale des PIL et son impact sur la dynamique des chaînes de surface seront étudiés grâce à des mesures de diffusion de rayons X aux incidences rasantes (GIWAXS) et par appareils à forces de surface (SFA). Enfin, les propriétés de lubrification des PIL seront caractérisées par la technique de vélocimétrie basée sur le photoblanchiment. Cette approche interdisciplinaire réunissant des compétences de renommée internationale dans les domaines de la chimie des polymères, de la physico-chimie et de la physique, mettra en évidence les propriétés exotiques des PIL, à la fois en masse et au niveau des interfaces ouvrant des perspectives scientifiques attrayantes dans le domaine des matériaux polymères complexes ciblant des fonctions spécifiques grâce à une conception moléculaire multi-échelles.

Dans les glaces de spins, les moments magnétiques sont décrits comme les éléments d'un champ électromagnétique émergent, susceptible de «fragmenter» en deux parties distinctes, de divergence nulle et de rotationnel nul, via une décomposition de Helmholtz. Le fragment de rotationnel nul décrit un fluide de défauts topologiques, plongé dans le champ émergent. Ces excitations, les «monopoles magnétiques», ont suscité un grand intérêt cette dernière décennie. Les moments étant de longueur fixe, le second fragment de divergence nulle existe quasiment toujours. C'est le concept de fragmentation, développé récemment par l'IP et ses collaborateurs. Dans ce projet, nous explorerons les conséquences de la fragmentation, du point de vue expérimental et théorique, loin des paradigmes des matériaux magnétiques classiques. Les moments magnétiques dans les glaces de spin sont sur un réseau pyrochlore, et les monopoles occupent le réseau diamant dual. Le diagramme de phase complet du modèle en fonction de la température, du potentiel chimique des monopoles et du potentiel chimique alterné - qui rompt la symétrie de translation du réseau diamant - comporte cinq phases: la phase glace de spins, deux phases fragmentées reliées par symétrie de type «cristal de monopoles» et deux phases «cristal de doubles monopoles». Nos expériences récentes ont montré que les composés Ho2Ir2O7 et Nd2Zr2O7 sont tous deux dans la phase «cristal de monopoles». Le premier correspond au cas classique avec un potentiel chimique alterné fini, le second étant induit par des fluctuations quantiques. Nous étudierons les effets des fluctuations quantiques sur la stabilité de ce diagramme de phase. La partie de divergence nulle dans la phase «cristal de monopoles» se décrit comme un ensemble de dimères de coeur dur, visible par les mesures magnétiques. L’observation d’un tel liquide de dimères quantiques permettra de révéler de nouvelles transitions de phase magnétiques quantiques. Nous testerons la validité du diagramme de phases proposé dans des systèmes réels, en appliquant pressions physique et chimique. La pression change les interactions magnétiques effectives, modifiant le potentiel chimique et déplaçant le système dans l'espace des paramètres. En plus des cellules de pression fonctionnelles pour les mesures de chaleur spécifique, nous développerons une cellule à haute pression pour les expériences de diffusion neutronique, fonctionnant jusqu'à environ 100 mK. Nous mènerons ces expériences sur les iridates et zirconates, en cherchant lignes de transition et points critiques terminaux. La dynamique critique sera alors étudiée par des protocoles de type Kibble-Zurek et en suivant le ratio fluctuation-dissipation. En parallèle des mesures sous pression, nous réaliserons un dopage chimique en remplaçant les ions iridium par des ions non magnétiques afin de simuler un changement global du potentiel chimique alterné. Nous doperons également les zirconates pour tester la robustesse de la phase induite par les fluctuations quantiques. Cet aspect ouvre un défi théorique sur l’effet du désordre chimique sur le diagramme de phase. Nous modéliserons le désordre chimique par un désordre du potentiel chimique alterné. Ce projet numérique, mené en constant échange avec les expérimentateurs, posera les bases d’une nouvelle approche des systèmes désordonnés. Le consortium est idéalement qualifié pour mener à bien ce projet. Nous avons déjà apporté des contributions majeures dans ce domaine, tant du point théorique qu'expérimental. Nos expertises sont complémentaires: théorie classique et quantique, méthodes numériques pour les modèles quantiques et les systèmes désordonnés, expertise expérimentale en diffusion de neutrons, magnétométrie, chaleur spécifique et cryogénie. Pour mener à bien ce projet, nous demandons essentiellement le financement d’un étudiant en thèse pour les études numériques et d’un post-doc pour le développement de cellules de pression pour la neutronique.

Aujourd'hui et dans les années à venir, le développement des batteries à haute performance, sûre et à faible coût est la clé pour l'expansion des industries et des marchés importants tels que les véhicules électriques et les énergies renouvelables. La technologie de batterie au lithium-métal polymère (LMP) est sans doute la plus attrayante. Le lithium métal est l’anode de choix avec sa capacité spécifique 10 fois plus élevée que celle utilisée dans les batteries Li-ion, pour produire des batteries de très haute densité d’énergie. De plus, le lithium métal est le seul choix pour profiter des capacités élevées des positives des technologies lithium-air et lithium-soufre. Cependant, les électrolytes polymères secs ne fonctionnent qu’à 80°C, une température où les propriétés mécaniques sont insuffisantes et leur fenêtre de stabilité électrochimique est limitée. De plus, comme pour les électrolytes liquides, la fraction de charge portée par Li+ est faible (t+< 0.2), ce qui limite les performances électriques. Dans ce contexte, le principal objectif de notre projet est de développer une batterie LMP capable de fonctionner à température ambiante sur un grand nombre de cycles (> 1000). Pour atteindre cet objectif, nous proposons une approche multidisciplinaire réunissant différentes compétences dans les domaines de chimie organique et polymère, de matériaux hybrides, de transport des ions, d’électrochimie et de stockage électrochimique pour concevoir un électrolyte solide multifonctionnel « révolutionnaire ». Cet électrolyte réunit les différentes propriétés antagonistes telles que une conductivité ionique élevée à température ambiante, des propriétés mécaniques élevées, une grande stabilité électrochimique des interfaces. Le projet SELPHy est donc consacré à : • La fonctionnalisation de la surface des nanocharges (POSS, silice colloidale, nanofibres de cellulose) avec les courtes chaines de POE amorphe et/ou avec le sel de lithium à base de l’anion TFSI • La formulation des électrolytes hybrides auto-dopés par le mélange de nanocharges fonctionalisées avec une matrice conducteur d’ion Li+ (par exemple les polyoxyéthylène réticulé). • La caractérisation approfondie des électrolytes nanohybrides préparés qui comprend la dispersion des nanocharges dans la matrice de polymère, la dynamique (macro)moléculaire et les propriétés macroscopiques (transport et mécanique). Ces caractérisations permettent d’établir la relation entre la structure/composition et les propriétés macroscopiques. • La construction un prototype de batterie LMP pour quantifier les nouveaux électrolytes nanohybrides. Nous sommes totalement confiance que les électrolytes hybrides auto-dopés proposés auront : i) une valeur de tLi+ proche de 1 parce que l’anion est greffé de manière covalente aux nanocharges. Li+ est le seul ion mobile dans le milieu. ii) une conductivité ionique élevée (par exemple =10-4 S/cm à température ambiante) grâce aux mobilités élevées des chaines courtes de POE greffées à la surface de nanochrages ainsi qu’à l’emploi d’un sel lithium hautement dissocié. iii) des propriétés mécaniques suffisantes pour contrer la croissance dendritique grâce au rôle de renfort des nanocharges et au réseau réticulé de la matrice conducteur d’ion iv) une stabilité électrochimique élevée jusqu’à 5V vs Li+/Li (potentiel nécessaire pour utiliser les matériaux actifs de haut potentiel dans l’assemblage de la batterie) du fait du greffage de l’anion. v) une stabilité thermique améliorée pour la sécurité grâce à la présence de nanocharges, en particulier les POSS. SELPHy est un projet de recherche collaborative reposé sur un réseau interdisciplinaire de partenaires rassemblant des compétences dans les domaines de la chimie, physique et électrochimie.

La multiferroicité dite « électronique » reste un domaine encore mal compris et donc sous-exploité. Pour trouver de nouveaux candidats ferroélectriques électroniques, et mieux comprendre les paramètres gouvernant leurs propriétés, un renouveau de l’effort des chimistes et physiciens du solide est primordial. Dans ce contexte, et suite à la découverte d’un effet magnétoélectrique géant dans le composé à ordre de charge Fe2BO4, le projet BORA-BORA vise à synthétiser et caractériser de manière approfondie deux systèmes d’oxyborates, à structure warwickite et ludwigite. Combinant valence mixte de cations de métaux de transitions (di et trivalent) et caractère unidimensionnel du réseau des atomes magnétiques, deux ingrédients connus de la ferroélectricité électronique, ces deux types structuraux présentent un potentiel à exploiter dans la découverte de nouveaux systèmes multiferroïques. La structure ludwigite offre de plus la possibilité de jouer à la fois et sur la nature du substituant et sur le site sur lequel il ira se substituer préférentiellement. BORA-BORA repose sur la synthèse de nouveaux composés et l’association de techniques de caractérisations à plusieurs échelles des structures cristallines et des propriétés physiques, au sein d’une collaboration multi-expertise des laboratoires Léon Brillouin, CRISMAT et du synchrotron SOLEIL. Au niveau des caractérisations structurales, les techniques de diffraction de rayons X, d’électrons et de neutrons seront utilisées pour étudier les structures cristallines, les phénomènes de surstructures liés à l’ordre de charge et les problèmes de non-centrosymétrie primordiaux dans les ferroélectriques. Les spectroscopies XAFS et XANES apporteront les informations complémentaires nécessaires sur les états de valence des différents cations en présence, le champ cristallin environnant, et éventuellement leur état de spin. Les mesures de constantes diélectriques et de la polarisation pyroélectrique seront une part importante des caractérisations physiques, et seront associées à l’étude des structures magnétiques par diffusion neutronique pour identifier les mécanismes des couplages magnétoélectriques. Les expériences de dichroïsme circulaire magnétique permettront de relier l’état de valence des ions sondés et le moment magnétique local.