Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des Solides (SPMS), CNRS UMR 8580

Thèmes de recherche

• Matériaux nanostructurés fonctionnels pour l'énergie

Cette équipe "mixte" (École Centrale Paris et CEA) s'intéresse au comportement et aux propriétés de matériaux céramiques à l'équilibre et hors équilibre thermodynamique. Elle étudie ainsi l'influence des conditions d'élaboration sur les propriétés des matériaux et la dégradation de ces propriétés induite par le vieillissement en milieu extrême. Ces études revêtent une importance particulière pour les applications nucléaires.

• Matériaux diélectriques pour composants électro-actifs

L'objectif de cette équipe, qui constitue une équipe mixte avec l'entreprise Thalès, est de préparer l'électronique du futur en proposant de nouveaux matériaux et des modèles pour la prédiction des propriétés. Ces modèles s'appuient fortement sur l'étude des couplages entre la structure et les propriétés électriques.

• Des matériaux modèles aux matériaux d'intérêt pharmaceutique

L'objectif scientifique de cette opération mixte (Centrale Paris, Faculté de Pharmacie de Châtenay-Malabry) est double : contribuer à une meilleure compréhension des interactions cibles biologiques - principes actifs par diffraction des rayons X et par modélisation ab initio; développer de nouvelles méthodes pour la détermination de la structure électronique des matériaux.

• Matériaux et technologies de l'hydrogène

L'objectif de cette équipe est de trouver les matériaux de rupture qui permettront une utilisation massive de l'hydrogène comme vecteur énergétique. Il s'agit ainsi d'étudier expérimentalement ou théoriquement les matériaux qui permettront d'abaisser la température de fonctionnement des piles à combustible à oxyde solide aux alentours de 650°C. L'équipe travaille également sur la production d'H₂ par photolyse ou le stockage de H₂.

Domaines d'application

Industrie nucléaire, matériaux céramiques pour les réacteurs de 4e génération. Céramiques fonctionnelles : condensateurs multicouches à forte capacité volumique, transducteurs piézoélectriques, microsystèmes, actuateurs électrostrictifs. Domaine biomédical, industries pharmaceutique, chimique et agro-alimentaire, chimie analytique, gemmologie et minéralogie, filière hydrogène, piles à combustibles, production d’hydrogène, élaboration de céramiques nanostructurées.

Techniques expérimentales

• Diffraction des RX haute résolution en température, sous champ électrique et atmosphère contrôlée ;
• Mesures électriques entre 10 et 1473 K : 4 points, impédance, Van der Pauw, etc. ;
• Spectroscopie Raman in situ (77-873 K) ;
• Analyses thermique et thermogravimétrique ;
• Élaborations de Poudres et Nanopoudres, Monocristaux, Couches Minces, Mises en formes de Céramiques ;
• Modélisation : Calculs DFT, Monte-Carlo, dynamique moléculaire.

Exemples de travaux

H. Dammak, Y. Chalopin, M. Laroche, M. Hayoun, J.-J. Greffet "Quantum Thermal Bath for Molecular Dynamics Simulation", Phys. Rev. Lett. 103, 190601 (2009) Un thermostat quantique a été développé et appliqué au calcul de la chaleur spécifique de MgO par dynamique moléculaire. Les valeurs calculées à l’aide du thermostat quantique correspondent bien à l’expérience alors que la simulation classique ne donne des valeurs correctes qu’au delà de la temperature de Debye (940 K).

N. BOSNJAKOVIC - PAVLOVIC, A. SPASOJEVIC- de BIRE Cytosine - cytosinium dimer behavior in a co-crystal with a decavanadate anion as a function of the temperature - J Phys. Chem. A., 144, 39, 10664-10675 (2010)

N. A. Pertsev, P.-E. Janolin, J.-M. Kiat, and Y. Uesu "Enhancing permittivity of ferroelectric superlattices via composition tuning", Physical Review B 81, 144118 (2010)

I. C. Infante, S. Lisenkov, B. Dupé, M. Bibes, S. Fusil, E. Jacquet, G. Geneste, S. Petit, A. Courtial, J. Juraszek, L. Bellaiche, A. Barthélémy, B. Dkhil, Phys. Rev. Lett. 105, 057601 (2010) B. Dupé, I. Canero-Infante, G. Geneste, P.-E. Janolin, M. Bibes, A. Barthélémy, S. Lisenkov, L. Bellaiche, S. Ravy, B. Dkhil, Phys. Rev. B 81, 144128 (2010) H. Toupet, F. Le Marrec, C. Lichtensteiger, B. Dkhil, M. G. Karkut, Phys. Rev. B 81, R140101 (2010)