Recherche – Les faits marquants 2018

 

Décembre 2018

Technologies quantiques : l’Europe mise sur Grenoble

Le projet grenoblois QuCube, lauréat de l’appel à propositions ERC Synergy Grant, va recevoir 14 M€ sur 6 ans pour réaliser un processeur quantique. Une reconnaissance du potentiel de l’écosystème grenoblois.
De 2019 à 2024, le Leti, INAC et l’institut Néel recevront 14 millions d’euros pour réaliser un processeur quantique d’au moins une centaine de qubits physiques. Ils pourraient ainsi démontrer un premier qubit logique fonctionnel, avec en ligne de mire de sérieuses perspectives de passage à l’échelle.
Percées technologiques et avancées fondamentales.
Les obstacles sont multiples : choix de l’architecture du processeur, contrôle de la variabilité des bits quantiques, processus de correction d’erreurs quantiques, enjeux liés à la dissipation thermique… Ils nécessitent à la fois des percées technologiques et des avancées fondamentales.
Les trois instituts avaient des arguments pour décrocher cet ERC. L’institut Néel et INAC mènent des travaux fondamentaux sur l’information quantique depuis 15 ans. INAC, le Leti et Néel ont signé ensemble plusieurs premières mondiales, la dernière étant la réalisation d’un qubit en technologie CMOS 300 mm.
Mais plus largement, c’est la qualité de l’écoystème grenoblois qui est reconnue, en particulier sa capacité à tisser des liens entre acteurs académiques et industriels. Pour les technologies CMOS, ces liens sont solides et pérennes. Pour le quantique, ils commencent déjà à se tisser. C’est un des axes de travail du projet Quantum Engineering, lancé en 2017 par l’Idex UGA et doté d’1,7 M€ sur quatre ans.
Contact : maud.vinet@cea.fr

La photosynthèse deux par deux, ça marche mieux

Les dispositifs de photosynthèse artificielle ont un défaut qui mine leur efficacité : leur photo-sensibilisateur délivre les électrons un par un, alors que le catalyseur les utilise deux par deux. Une équipe grenoblo-allemande* vient de relever ce défi. Son photo-sensibilisateur de ruthénium stocke de façon réversible deux électrons et deux protons, à la manière des plastoquinones d’organismes vivants.
Il a fallu trois ans de travaux pour sélectionner une structure adaptée, la réaliser par une voie de synthèse optimale et la caractériser. Le motif retenu est plan et comprend huit cycles aromatiques conjugués. Avant d’envisager des applications, il reste à optimiser ce photo-sensibilisateur pour stocker davantage d’énergie, puis à valider son utilisation dans des processus catalytiques.
Contact : murielle.chavarot-kerlidou@cea.fr

 

Octobre  2018

 Le CEA crée un laboratoire commun à Singapour avec l’université NTU

Le CEA a mis en place cet été à Singapour son premier laboratoire commun à l’étranger. Baptisé SCARCE* il bénéficie d’un budget global de 12,5 M€ sur trois ans et travaille sur le recyclage et la valorisation des déchets électroniques. INAC, le Leti mais aussi le LITEN, l’ICSM et l’IRAMIS participent entre autres au projet.
La création de SCARCE répond à une urgence. Singapour, qui manque cruellement d’espace (720 km2 pour 5,7 millions d’habitants), voit en effet s’accumuler les déchets électroniques. Pour atteindre d’ici 2030 l’objectif « zéro déchet », le pays doit développer et industrialiser des filières de recyclage et de valorisation viables.
Une quinzaine d’experts CEA mobilisés
Or, le CEA s’est attaqué très tôt au devenir des déchets nucléaires, puis à celui de multiples déchets industriels. Son expertise en hydrométallurgie est reconnue dans le monde entier. Elle couvre des procédés de tri, de lixiviation, de séparation, d’extraction liquide-liquide et liquide-solide etc.
SCARCE en bénéficiera directement : une bonne quinzaine d’experts du CEA (DEN, DRT et DRF) effectueront des séjours à Singapour. Et parmi eux, des chercheurs du Leti spécialisés en imagerie qui appliqueront leur savoir à la reconnaissance de matériaux lors du recyclage.
Le laboratoire commun sera dirigé côté CEA par Jean-Christophe Gabriel, jusqu’ici responsable du laboratoire ERC « REECYCLE » hébergé par INAC et muté en août à l’IRAMIS. Quatre thématiques ont été retenues : les batteries lithium-ion, les panneaux solaires silicium, les circuits imprimés de produits grand public et les plastiques chargés en toxiques tels que les retardateurs de flamme bromés.
Contact : jean-christophe.gabriel@cea.fr

 Bit quantique : les nanofils SOI ouvrent une nouvelle piste

C’est un pas de plus vers de futurs ordinateurs quantiques : une équipe INAC – Leti a démontré que le spin d’un électron confiné dans un nanofil de silicium sur isolant (SOI) pouvait être manipulé par un champ électrique, et non magnétique. Or, le contrôle par champ électrique produit par des grilles est une technologie standard en microélectronique.
Des chercheurs australiens et américains avaient prédit un effet ténu du champ électrique sur le spin des électrons, aux abords d’une « marche » atomique à l’interface silicium/oxyde de silicium. Les Grenoblois ont confiné les électrons dans les arêtes de nanofils silicium rectangulaires, produisant l’asymétrie nécessaire au couplage des spins au champ électrique. Un brevet est en cours de dépôt sur ce phénomène dit de résonance paramagnétique par dipôle électrique (EDSR*).
Contact : marc.sanquer@cea.fr

 Véhicule autonome : quel LIDAR choisir ?

Les acteurs du véhicule autonome misent sur la technologie LIDAR* pour percevoir en temps réel les objets environnants. Mais ces capteurs aux performances très diverses, non régies par des normes, ne répondent pas toujours aux besoins applicatifs. Voilà pourquoi le géant des transports publics Transdev a confié au Leti et à l’IRT Nanoelec une évaluation en conditions réelles de six produits du marché. Elle s’est achevée cet été.
Les chercheurs ont effectué des mesures par tous types de temps, avec des « objets » routiers variés : autres véhicules, panneaux de signalisation… Ils ont évalué les LIDAR individuellement et collectivement car le véhicule autonome en comptera plusieurs, associés à d’autres capteurs. Transdev dispose désormais de données complètes pour équiper de futurs bus ou tramways autonomes.
Contact : marie-sophie.masselot@cea.fr

 Des ondes de spin détectées dans des matériaux compatibles CMOS

Les ondes de spin ont-elles un avenir pour de futurs dispositifs ultra-miniaturisés alternatifs au CMOS? On pouvait en douter jusqu’ici : leur manipulation demandait des matériaux incompatibles avec les technologies silicium. De plus, leur création, leur contrôle et leur détection nécessitaient des techniques non miniaturisables. Une équipe INAC vient de lever plusieurs de ces obstacles. Elle est parvenue à générer, propager et détecter des ondes de spin de longueur d’onde jusqu’à 150 nm dans des guides d’onde fabriqués avec des matériaux de mémoires STT-RAM.
Ces empilements en couches très minces permettent une propagation peu atténuée grâce à un choix précis des épaisseurs. La détection utilise l’effet Hall de spin inverse, compatible avec une ultra-miniaturisation. Ces travaux ont été publiés dans Nanoletters.
Contact : gilles.gaudin@cea.fr

 

Juin 2018

Vers une photosynthèse de l’hydrogène moins toxique et moins chère

Des chercheurs d’INAC et de l’UGA viennent de démontrer qu’il était possible de produire efficacement de l’hydrogène par photosynthèse artificielle en solution, sans recourir à des photosensibilisateurs à base de métaux toxiques et coûteux. Ils emploient des nanocristaux constitués d’un cœur de sulfure de cuivre et d’indium, protégé par une coquille de zinc et de soufre. Ces nanocristaux sont associés à un catalyseur moléculaire à base de cobalt.
La production d’hydrogène est plus efficace qu’avec des photosensibilisateurs à base de ruthénium, la référence dans ce domaine. De plus, les matériaux inorganiques utilisés peuvent être recyclés plusieurs fois sans perte notable d’activité. Ces travaux se poursuivent ; l’objectif est d’obtenir la même réaction avec des matériaux encore moins onéreux.
Contact : dmitry.aldakov@cea.fr

MRAM : l’industrie microélectronique adopte la spintronique

C’est une étape majeure : les plus grands fondeurs mondiaux, dont Samsung, TSMC et GlobalFoundries, ont annoncé début 2018 le début de leur production en volume de mémoires MRAM. Les raisons ? Coûts de fabrication inférieurs à ceux des mémoires embarquées flash, faible consommation, vitesse de communication, nombre de cycles quasi-infini…
SPINTEC a largement contribué à ces développements. Le laboratoire se situe au meilleur niveau mondial, d’après une étude du SBEM* parue en 2016. Il a déposé des brevets-clés sur l’anisotropie perpendiculaire aux interfaces métal magnétique/oxyde (2006, 2008), le couple de spin orbite (2010) ou les MRAMs utilisant l’anisotropie perpendiculaire de forme (2017). Autant d’avancées qui annoncent les futures technologies de MRAM, cette mémoire dont l’histoire continue à s’écrire.
Contact : bernard.dieny@cea.fr

 La photonique sur silicium vise le térabit/seconde

Les procédés de lithographie 300 mm des prochaines années utiliseront peut-être des résines dites « non amplifiées », pour tracer les motifs de circuits avec un meilleur contrôle dimensionnel et moins de rugosités de bords. Les membres du projet industriel Imagine, dont le Leti, ont réalisé récemment une première validation sur équipement industriel.
D’abord pré-évaluée sous simple faisceau, la résine a été testée avec succès sous un équipement de 1 300 faisceaux de Mapper, l’un des partenaires du projet. Les paramètres du procédé ont été définis afin d’assurer un transfert industriel qui pourrait intervenir dès 2018. En parallèle, dans le cadre d’un projet Inter-Carnot en phase de validation finale, le Leti prévoit d’évaluer d’autres résines non amplifiées avec l’université de Mulhouse.

Conception de nanosystèmes : Samson fait recette

« Nouveau : les photons font de la logique » annonçait le n°5 de Mina-News. Cette application n’a pas été poursuivie mais l’activité de photonique silicium du Leti n’a cessé de se développer. Elle est axée aujourd’hui par les exigences de communication très haut débit des datas centers et des supercalculateurs : avec des composants photoniques, on peut viser demain les 400 Gbit/s, voire 1 Tbit/s.
Environ 50 chercheurs du Leti travaillent sur ce sujet pour des partenaires comme STMicroelectronics, HP, III-V Lab ou l’IRT Nanoélec. Les équipes développent des sources laser, des photodétecteurs, des guides d’ondes, des multiplexeurs, des interrupteurs. C’est un des rares domaines où l’Europe dispose d’une avance technologique. Les clients majeurs, eux, sont basés dans le monde entier.
Contact : laurent.fulbert@cea.fr

La twistraintronique réinvente les propriétés du graphène

Dans une monocouche de graphène, les électrons se comportent comme s’ils n’avaient pas de masse, conférant ainsi au matériau des propriétés électroniques exceptionnelles. En revanche, ces qualités peuvent être fortement altérées pour une bicouche. Jusqu’ici, cet effet était surtout contrôlé en jouant sur la rotation (« twist ») entre les couches. Or, une équipe UGA-INAC – Institut Néel en collaboration avec l’université Cergy-Pontoise a démontré que déformer (« strain ») une couche par rapport à l’autre constitue une autre manière très efficace d’ajuster les propriétés électroniques de l’empilement.
Combinée à la rotation, elle permet d’envisager de nouvelles propriétés pour les empilements de matériaux 2D, par exemple la supraconductivité. De quoi préparer l’émergence d’une nouvelle ingénierie : la twistraintronique…
Contact : claude.chapelier@cea.fr, vincent.renard@cea.fr

 

Avril 2018

Capteur d’image Pixcurve : la microélectronique s’affranchit du capteur plan

Le Leti a présenté en février un prototype fonctionnel de capteur d’image CMOS de 11  mm x 7 mm qui a la particularité d’être courbe. La complexité et la taille des objectifs pourraient ainsi diminuer de manière spectaculaire. Et on se prend à imaginer une nouvelle microélectronique où le format plat ne serait plus la norme…
Le capteur Pixcurve est réalisé à partir d’un capteur d’image du marché, aminci pour passer de 725 microns d’épaisseur à moins de 100 microns. Il devient alors assez souple pour être incurvé avec un rayon de courbure de 65 millimètres. Puis il est placé dans un boitier standard pour capteur plan où il tient sans difficulté.
Des procédés standards mais un savoir-faire unique
La fabrication utilise des procédés CMOS standard de découpe, d’amincissement et de packaging. En revanche, leur orchestration a impliqué un travail de R&D approfondi, couvert par 7 brevets.
L’intérêt du capteur courbe ? Il a la même forme que les lentilles des objectifs de caméras et d’appareils photo. Les contraintes de correction optique sont donc allégées. Au salon américain Photonics West, début 2018, le Leti a montré qu’on obtenait la même qualité d’image avec un objectif de 24 mm de long pour capteur courbe qu’avec un objectif de 60 mm pour capteur plat.
Pixcurve annonce aussi un virage de la microélectronique. Depuis 30 ans, la précision et la lourdeur des procédés imposaient la « dictature » du plat. Ce format unique peut désormais être remis en cause pour mieux répondre à des besoins applicatifs.
Contact : alexis.rochas@cea.fr

Regenerbone, vers une start-up sur la reconstruction osseuse

L’équipe de Catherine Picart au LMGP* vient de démarrer Regenerbone, un projet ERC Proof of concept doté de 150 000 euros. Pendant 18 mois, elle va poursuivre l’étude de la réparation de défauts osseux grâce à un film ostéo-inducteur. Le projet portera également sur les aspects réglementaires, l’approvisionnement en matières premières et le plan de développement d’une future start-up.
Par rapport à la greffe osseuse, limitée aux défauts de petite taille, le film ostéo-inducteur placé sur un implant cylindrique permet la reconstitution de fragments osseux. Il peut être déposé sur des implants en titane ou en polymère PEEK, deux matériaux couramment utilisés en chirurgie osseuse. Le LMGP développe ces films depuis neuf ans et compte sur ce sujet 14 publications et 3 brevets.
Contact : catherine.picart@grenoble-inp.fr

 

Février 2018

 Deux millions d’euros de bourse ERC pour l’étiquette RFID sans puce

Enseignant à Grenoble INP et chercheur au LCIS, un laboratoire de la FMNT basé à Valence, Etienne Perret vient d’obtenir une bourse ERC « Consolidator Grant » de 2 millions d’euros pour ses étiquettes d’identification par radiofréquence sans puce.
Cette somme va lui permettre de recruter des thésards et des post-docs, et d’acquérir des équipements de caractérisation d’antennes.
Les étiquettes sont développées depuis huit ans et protégées par deux brevets. Elles ont la taille de code-barres et sont fabriquées par impression avec une encre conductrice. Leurs propriétés et leur objectif de coût les situent entre le code-barres et l’étiquette RFID.
Effaçables, réinscriptibles, lues à 30 cm
Elles sont lisibles jusqu’à 30 cm de distance avec une technologie ultra-large bande, y compris à travers des objets opaques. L’aspect du produit étiqueté est donc préservé.
La feuille de route du laboratoire prévoit de nouvelles fonctionnalités. Exemple : les étiquettes seront totalement effaçables, un atout face à la RFID parfois accusée de tracer le consommateur. Elles seront aussi réinscriptibles, ce que ne permet pas le code-barres. De même, l’ajout de nanofils de silicium donnera naissance à un capteur d’humidité ou de température très bas coût. Autre piste, plus prospective : la reconnaissance de gestes ou d’actions, pour servir d’interface entre un utilisateur et une machine.
Une société intéressée par ces étiquettes collabore déjà avec les chercheurs. En parallèle, une start-up vient d’être créée pour industrialiser et commercialiser la technologie.
Contact : etienne.perret@lcis.grenoble-inp.fr

 Piézoélectricité : pourquoi le nanofil est meilleur que le film mince

Pourquoi un matériau semiconducteur comme l’oxyde de zinc (ZnO) a-t-il de meilleures propriétés piézoélectriques sous forme de nanofil que de film mince ? Une équipe de l’IMEP-LaHC vient de trouver l’explication : l’extrémité et les côtés du nanofil piègent le niveau de Fermi. Ils repoussent les porteurs libres présents dans le matériau, supprimant ainsi le phénomène classique « d’écrantage » du potentiel piézoélectrique.
Ce résultat a été obtenu grâce à des simulations couplant propriétés mécaniques, piézoélectriques et semi-conductrices. Il explique aussi d’autres observations expérimentales qui n’avaient pas reçu de démonstration théorique. Pour l’IMEP-LaHC, qui conçoit des composants piézoélectriques à base de nanofils  sans plomb, les applications sont nombreuses : capteurs mécaniques, récupérateurs d’énergie etc.
Contact : mouis@minatec.grenoble-inp.fr

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