Tout au long de l'année internationale de la cristallographie, l'Institut national des sciences de l'univers du CNRS (INSU) nous fait découvrir des recherches mettant en scène de minéraux

à découvrir ici


Dossier thématique sur la cristallographie à l'Université Pierre et Marie CURIE

"Un cristal, des réseaux à l'UPMC"

Dossier de presse


Dossier spécial sur la cristallographie en Bretagne...

dans la revue Sciences Ouest (n° 320, mai 2014)

- La science aux multiples facettes




olivine seismes profondsLa cause des séismes profonds enfin démontrée ?
Laboratoire de géologie de l'Ecole normale supérieure, Paris

Des chercheurs du Laboratoire de géologie de l'Ecole normale supérieure de Paris, de l'Institut des Sciences de la Terre de Grenoble et de l'Unité Matériaux et Transformations de Lille, en collaboration avec des collègues américains (Universités de Californie et de Chicago) ont reproduit expérimentalement le mécanisme physique supposé être à l'origine des séismes profonds. Ces expériences ont consisté à déformer une roche synthétique constituée d'un agrégat compact de cristaux d'olivine de germanium (Mg2GeO4), un analogue structural de l'olivine naturelle, à des pressions de 2 à 5 gigapascals (20 à 50 mille bars) et des températures avoisinant les 900°-1000°C à l’aide d’une presse gros volume en utilisant le rayonnement synchrotron. Les chercheurs ont observé que la transformation de l'olivine de germanium vers sa forme de plus haute pression peut s'accompagner de la nucléation et de la propagation de fractures. Celles-ci se propagent suffisamment vite pour émettre d'intenses ondes ultrasoniques. Ces résultats apportent la preuve expérimentale de l'hypothèse admise jusqu'ici qui imputait leur origine aux transformations de phases du principal minéral constituant le manteau terrestre, l'olivine.

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La suite ici : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3233.htm


magnetite

Processus de biominéralisation intracellulaire de la magnétite

Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés, Paris

La magnétite (Fe3O4) est produite par de nombreuses espèces (bactéries, pigeons,…) qui utilisent ses propriétés magnétiques pour se diriger à l’aide du champ magnétique terrestre. À ce titre, les bactéries magnétotactiques (BMT) représentent un micro-organisme modèle pour étudier la bio-minéralisation intracellulaire de la magnétite dans la mesure où certaines souches ont été séquencées et que des manipulations génétiques sont désormais possibles. Malgré ces avancées récentes, les processus réactionnels selon lesquels la magnétite est formée à l’intérieur des BMT sont encore l’objet de vifs débats. Pour déterminer les mécanismes de biominéralisation par la souche AMB-1, des membres de l’Institut de Minéralogie et de Physique de la Matière Condensée (G. Morin, J. Cosmidis et N. Menguy) en étroite collaboration avec une équipe de l’Institut Max Planck des Colloïdes et Interfaces de Potsdam (Allemagne) ont étudié les séquences de cristallisation.
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La suite ici : http://www.impmc.upmc.fr/fr/zoom_science2/zoom_2013/zoom_science_octobre_2013_processus_de_biomineralisation_in.html


Le plus grand hydrocarbure polyaromatique jamais observé par diffraction des rayons X

Centre de Recherche Paul Pascal, Pessac

Des chimistes du Centre de Recherche Paul Pascal (CNRS) ont récemment réussi à analyser par diffraction de rayons X le plus grand hydrocarbure polyaromatique jamais caractérisé par cette technique. De telles molécules, parfois appelées « nanographènes », montrent des propriétés électroniques variées. Elles présentent un grand intérêt pour l’essor actuel de l’électronique organique. Cependant, ces grands hydrocarbures polyaromatiques plans sont non seulement très délicats à cristalliser du fait de leur grande insolubilité, mais sont en plus difficilement analysables par diffraction de rayons X à cause de la faible densité électronique autour des atomes de carbone. L’alliance de chimistes organiciens, qui ont développé une technique de synthèse innovante pour la formation d’hydrocarbures polyaromatiques « tordus », donc plus solubles et cristallisables, et d’un cristallographe (persévérant) équipé d’un diffractomètre performant a permis d’obtenir la structure cristallographique du plus grand hydrocarbure polyaromatique jamais caractérisé par cette technique.

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La suite ici : http://www.cnrs.fr/inc/communication/direct_labos/durola.htm


hSynthèse sous haute pression d’un matériau nanocomposite polyéthylène/zéolithe

Institut Charles Gerhardt, Montpellier

Institut Européen des Membranes, Montpellier

Les matériaux méso/microporeux comme les zéolithes peuvent être considérés comme des réacteurs chimiques à l’échelle nanométrique. Pour générer ces nanomatériaux, des catalyseurs ou initiateurs sont généralement nécessaires. Dans le cadre d’une collaboration avec le Laboratoire Européenne de Spectroscopie Non-Linéaire de Florence, des chercheurs de l’Institut Charles Gerhardt (CNRS / Universités Montpellier 1 et 2 / ENSCM) et de l’Institut Européen des Membranes (CNRS / Université Montpellier 2 / ENSCM) viennent de montrer que l’utilisation de techniques hautes pressions, permet de s’affranchir du catalyseur, et de descendre à l’échelle sub-nanométrique. Ils sont ainsi parvenus à synthétiser un nancomposite silicalite/polyéthylène sous une pressions de 0.5-1.5 GPa et une irradiation UV (351-364nm). Dans ce nanocomposite, des données de diffraction des rayons X sur monocristal montrent que les chaînes isolées de polyéthylène sont très fortement confinées dans les pores linéaires et sinusoïdaux de la silicalite.

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La suite ici : http://www.cnrs.fr/inc/communication/direct_labos/haines2.htm


La chiralité dans tous ses étatsChiralité d'hélices (a) et de triangles (b) de moments magnétiques; (c) arrangement magnétique dans le langasite de fer; (d) Diffusion chirale des ondes de spins en utilisant l'analyse de polarisation avec des neutrons polarisés.

Institut Néel / SPSMS/CEA / Institut Laue Langevin, Grenoble

Laboratoire Léon Brillouin, Saclay
Synchrotron SOLEIL

A l'institut Néel et en collaboration avec le SPSMS/CEA et l'Institut Laue Langevin à Grenoble, le Laboratoire Léon Brillouin et le synchrotron SOLEIL à Saclay, une équipe a étudié un composé du type langasite, Ba3NbFe3Si2O14, où les atomes de fer forment un réseau de triangles. La frustration magnétique peut conduire à des arrangements magnétiques complexes et à des propriétés de chiralité magnétique qui suscitent un grand intérêt pour le transport ou le codage de l'information dans le domaine de la spintronique. La structure atomique du langasite de fer possède une chiralité bien définie. La diffraction de neutrons polarisés avec analyse de polarisation a permis de montrer que l'ordre magnétique est constitué d'hélices de moments magnétiques émergeant de triangles où les moments magnétiques sont orientés à 120° les uns des autres, le tout tournant dans un sens unique. Le langasite de fer réunit donc trois chiralités reliées les unes aux autres, une structurale et deux magnétiques. Récemment, la diffusion inélastique de neutrons et la spectroscopie par absorption dans le domaine du THz au synchrotron SOLEIL, ont permis d'identifier des excitations magnétiques chirales et un nouveau type d'excitation hybride, rotation atomique excitée par un champ magnétique, impliquant l'existence d'une polarisation électrique chirale qui tournerait en hélice, faisant de ce composé un matériau multiferroïque.

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Un ordre chimique inattendu dans des nanoparticules d’alliage magnétique

Institut Lumière Matière, Lyon

Laboratoire Matériaux : Ingénierie et Science, Lyon

L’alliage magnétique FePt (fer platine) est un bon candidat pour la réalisation de supports de stockage magnétique car il est très difficile de modifier son aimantation. Cette propriété provient d’un ordre chimique : l’alliage FePt est un empilement de plans atomiques de fer alternant avec des plans de platine, une structure qui bloque l’aimantation dans la direction perpendiculaire à ces plans cristallins. Des physiciens de l’Institut Lumière Matière - ILM (CNRS / Univ. Lyon 1) et du laboratoire Matériaux : Ingénierie et Science - MATEIS (CNRS / INSA Lyon / Univ. Lyon 1) en collaboration avec une équipe japonaise de l’Université de Tohoku à Sendai ont montré que contre toute attente, cette structure persiste même à l’échelle nanométrique, alors que les effets de surface peuvent devenir assez importants pour prendre le dessus sur ce qui se passe dans le volume du matériau.

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Un nouvel ordre apériodique de molécules magnétiques bistables

Institut de Physique de Rennes, Rennes

Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, Grenoble

Laboratoire de Chimie de Coordination, Toulouse

Les atomes ou les molécules d’un matériau cristallin sont organisés selon un réseau périodique dans les trois dimensions de l’espace. Parfois, il apparait dans ces matériaux des structures régulières qui se répètent avec une périodicité incommensurable avec celle du cristal : cette période et celles du réseau ne sont pas dans des rapports rationnels. Des physiciens de l’Institut de Physique de Rennes - IPR (CNRS - Univ. Rennes 1), du Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses de Grenoble - LNCMI (CNRS - Univ. Joseph Fourier Grenoble - INSA Toulouse - Univ. Toulouse 3), du Laboratoire de Chimie de Coordination de Toulouse - LCC (CNRS) et du synchrotron Soleil, en collaboration des chercheurs tchèques et japonais, viennent de démontrer l’existence d’un nouveau matériau de ce type pour lequel la structure incommensurable est due à l’état de molécules pouvant se trouver dans deux états magnétiques distincts. Cette organisation non périodique peut être décrite comme la projection dans notre espace à trois dimensions d’un ordre périodique dans un espace à quatre dimensions. C’est en utilisant un laser, permettant de mettre toutes les molécules dans un même état, qu’il est ici démontré que la lumière porte le matériau dans un ordre périodique à 3 dimensions, ordre qui disparait si la température de matériau est portée au-delà d’une valeur critique.

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Les neutrons révèlent la position des ions lithium et l’agencement des moments magnétiques dans des composés marinite liés à la recherche sur les batteries Li-ion.

Un groupe de chercheurs du Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides (Université de Picardie Jules Verne), de l’Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés (Université Pierre et Marie Curie), et de l’Institut Laue-Langevin, a publié les structures cristallines et magnétiques de nouveaux composés : des disulphates de métaux de transition de type « marinite » qui peuvent être utilisés comme matériaux de cathode pour les batteries au Lithium.

S’inspirant du minéral bloedite, des chercheurs ont récemment obtenu un nouveau composé de formule Li2Fe(SO4)2 dont la structure a été résolue grâce à des expériences combinées de diffraction de rayons X et de neutrons. La marinite Li2Fe(SO4)2 s’est révélée extrêmement intéressante comme matériau de cathode pour les batteries au Lithium, car elle présente l’un des potentiels les plus élevés jamais rapporté pour le couple redox Fe3+/Fe2+: 3.83 V vs. Li+/Li. Cette étude a été étendue à d’autres métaux de transition et une série de marinites Li2M(SO4)2 (M = Fe, Co, Mn) a ainsi été obtenue. Grâce aux neutrons, les ions lithium peuvent être localisés précisément dans le réseau cristallin tout au long du processus électrochimique de charge et de décharge de la batterie.
Les nouveaux matériaux développés pour les électrodes présentent souvent un intérêt du point de vue de leur structure magnétique, puisqu’ils comportent des ions de métaux de transition 3d. En effet les chercheurs ont observé que tous ces composés s’ordonnent antiferromagnétiquement à basse température. Ils ont déterminé leurs structures magnétiques, qui résultent uniquement d’interactions de type super-super échange entre atomes de métal de transition.
Cette étude exploite d’une part la grande sensibilité des neutrons au Li, qui est difficile à localiser par les rayons X en raison de son faible numéro atomique, mais surtout l’avantage unique des neutrons pour la détermination de structures magnétiques. En effet les neutrons possèdent un moment magnétique qui interagit avec les moments magnétiques portés par les atomes. L’arrangement de ces moments selon un ordre à longue distance dans le cristal conduit à l’observation de raies magnétiques qui permettent de résoudre la nature exacte de cet ordre magnétique.

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Reynaud, M.; Rousse, G.; Chotard, J. N.; Rodriguez-Carvajal, J.; Tarascon, J. M., Marinite Li2M(SO4)2 (M = Co, Fe, Mn) and Li1Fe(SO4)2: model compounds for super-super exchange magnetic interactions. Inorganic Chemistry 2013, 52, (18), 10456-10466.


Comment l’eau remplit un nanocanal hydrophobe...

CNRS - Laboratoire de Physique des Solides à Orsay - Bâtiment 210 - Univ. Paris-Sud 11 - 91405 Orsay Cedex

Le comportement de l’eau dans les nanotubes de carbone, nanocanaux ultimes avec leur diamètre interne de l’ordre du nanomètre, est surprenant et donc intéressant pour les physiciens. L’eau entre spontanément dans ces nanotubes dits hydrophobes et s’y écoule presque sans frottement ! Ce phénomène pourrait présenter un intérêt considérable en termes d’applications, par exemple pour la désalinisation de l’eau par osmose inverse.

E. Paineau, P.-A. Albouy, S. Rouzière, A. Orecchini, S. Rols et P. Launois

Contacts :

Erwan Paineau (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)
Pascale Launois (Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.)

La suite ici : http://www.lps.u-psud.fr/spip.php?article2178


Cristallographie des petites et moyennes molécules organiques

Institut Néel CNRS/UJF UPR2940 - 25 rue des Martyrs - BP 166 - 38042 Grenoble cedex 9

La détermination de la structure cristallographique d’un composé est souvent primordiale pour la compréhension de ses propriétés physiques et chimiques. Dans le cas des molécules pharmaceutiques par exemple, connaître la structure des phases cristallines est un enjeu particulièrement important puisque différents polymorphes peuvent présenter des comportements et des actions très contrastés. Une des étapes les plus délicates dans le processus de la détermination d’une structure est l’obtention d’un modèle cristallographique approché, qui est ensuite complété et précisé par affinement classique de type Rietveld. La diffraction des rayons X sur un échantillon monocristallin reste la technique la plus efficace pour obtenir ce modèle de départ.

P. Martinetto, P. Terech, A. Grand, R. Ramasseul, E. Dooryhée, M. Anne.

La suite ici : http://neel.cnrs.fr/spip.php?article845


Etudier les variations infimes de structure près du point critique quantique du métal BaVS3.
Laboratoire de Physique des Solides (Université Paris Sud, 91405 Orsay)

Synchrotron SOLEIL - L'Orme des Merisiers - Saint-Aubin BP 48 - 91192 Gif-sur-Yvette Cedex

On sait aujourd’hui que la présence de fortes corrélations entre électrons peut induire dans un matériau des propriétés inattendues comme la supraconductivité à haute température critique où la magnétorésistance géante. À ceci s’ajoute le fait que les électrons peuvent provenir d’orbitales différentes, avoir un spin, et sont plongés dans une structure atomique avec laquelle ils interagissent aussi fortement. La conjonction de ces différents paramètres peut conduire à la stabilisation d’états fondamentaux plus remarquables encore. Afin de mieux comprendre cet équilibre subtil, des analyses par diffraction des rayons X sous haute pression et basse température ont été réalisées sur un matériau modèle.

S. Bernu, P. Fertey, J.-P. Itié, H. Berger, P. Foury-Leylekian, J.-P. Pouget

La suite ici : http://www.synchrotron-soleil.fr/Soleil/ToutesActualites/2013/bavs3


Comment les monosaccharides sont-ils transportés à travers la membrane cellulaire ?

Synchrotron SOLEIL - L'Orme des Merisiers - Saint-Aubin BP 48 - 91192 Gif-sur-Yvette Cedex

Des chercheurs du Karolinska Institutet de Stockholm ont obtenu, sur la ligne PROXIMA1, des données de diffraction qui leur ont permis de déterminer la structure du transporteur de xylose XylE, de Escherichia coli, dans une conformation ouverte vers l'intérieur. Ce résultat confirme l'hypothèse déjà ancienne de l'« accès alternatif » pour le mécanisme de transport de cette classe de protéines, et démontre que les deux domaines de la protéine se déplacent l'un par rapport à l'autre avec d’importants mouvements de corps rigides pendant le cycle fonctionnel. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Structural and Molecular Biology.

Sauguet, L., Poitevin, F., Murail, S., Van Renterghem, C., Moraga-Cid, G., Malherbe, L., Thompson, A. W., Koehl, P., Corringer, P. J., Baaden, M., & Delarue, M. 2013.

La suite ici : http://www.synchrotron-soleil.fr/Soleil/ToutesActualites/2013/PX1-EMBO


Un liquide de spin qui ne gèle pas à 0,07K : Tb2Ti2O7.

Laboratoire Léon Brillouin (LLB), Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC) – CEA Saclay - 91191 Gif-sur-Yvette Cedex

Le titanate de Terbium Tb2Ti2O7 est un oxyde isolant à réseau pyrochlore (un réseau spécial formé de tétraèdres se touchant par leurs sommets), dont la géométrie est telle que les ions magnétiques (les terres rares Tb) ne peuvent pas trouver de configuration de spin qui satisfasse toutes les interactions antiferromagnétiques en même temps. La diffusion des neutrons par les moments magnétiques du Tb permet d’explorer ce type d’état en déterminant les corrélations existant dans la phase liquide de spin. Une équipe d’expérimentateurs LLB/SPEC a réalisé une étude expérimentale à très basse température (0,07K) sur les spectromètres 4F et 6T2 du LLB, tout en développant un modèle capable de rendre compte de l’état « liquide de spin » du titanate de Terbium.

I. Mirebeau, A. Gukasov, S. Petit, P. Bonville

La suite ici : http://www-llb.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=2092