Des nœuds et des nanofils d'argent

Des nœuds et des nanofils d'argent

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28 nov. 2020 à 13:00Temps de lecture7 min
Par Fabienne Vande Meerssche

Ce samedi 28 novembre 2020, les invités de Fabienne Vande Meerssche (@fvandemeerssche) dans LES ECLAIREURS sont Fathi Ben Aribi, Chargé de recherches FNRS, en postdoctorat à l’UClouvain et dont les travaux portent sur la Théorie des Nœuds, et Duy Nguyen, docteur en Physique, Ingénieur civil physicien de l’ULiège où ses recherches portent sur des matériaux semi-conducteurs et la physique des dispositifs nanoélectroniques.

Tous deux participent à la Nuit européenne des Chercheurs. Née d’une initiative de la Commission européenne, la Nuit européenne des Chercheur.e.s sensibilise aux activités de recherche et d’innovation à travers des formats interactifs. Cette année, elle est principalement virtuelle et se tient du 23 au 29 novembre 2020. Pour découvrir l’ensemble de la programmation, cliquez ici.

DIFFUSION : samedi 28 novembre 2020 à 13h10’

REDIFFUSION : dimanche 29 novembre 2020 à 23h10’         

Fathi Ben Aribi

Fathi Ben Aribi

Fathi Ben Aribi est actuellement Chargé de Recherches FNRS en Mathématiques en poste à l’UCLouvain. Ce poste " post-doctorat " de 3 ans qu’il occupe depuis 2019, consiste pour l’essentiel en de la recherche en mathématiques ; mais il y fait aussi de l’enseignement universitaire et de la promotion des sciences au public non expert sous plusieurs formes (vulgarisation, médiation…).

Fathi Ben Aribi a grandi à Paris ; il y a fait ses études (Bac scientifique, Classes préparatoires aux grandes écoles, École Normale Supérieure de Paris). Après sa thèse de doctorat à l’Université Paris 7 (2012-2015) puis il a effectué un post-doctorat à l’Université de Genève (2016-2019).

Ses recherches portent sur la topologie de basse dimension, un domaine des mathématiques qui s’intéresse à décrire des objets à déformation continue - comme s’ils étaient faits en pâte à modeler. Plus précisément, il se concentre sur la théorie des nœuds, qui vise à classifier toutes les façons possibles différentes de nouer une ficelle.

En théorie des nœuds sont utilisés des invariants de nœuds (des quantités mathématiques associées à chaque nœud qui ne changent pas si on bouge la ficelle sans défaire le nœud), dans le but de classifier tous les nœuds. Il est intéressant de trouver le meilleur compromis possible entre la calculabilité d’un invariant et sa puissance de distinction des nœuds.

Regardez ici la vidéo Scienceinfuse dans laquelle Fathi Ben Aribi explique la théorie des Nœuds :

La théorie des Noeuds - Mathématiques - F. Ben Aribi - UCLouvain

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Le projet de recherche de Fathi Ben Aribi s’intitule " Invariants de nœuds hyperboliques, quantiques et L2 ", et s’intéresse donc à trois types d’invariants de nœuds d’origines distinctes, comment ils interagissent, comment les calculer plus facilement, et à quel point ils sont puissants pour distinguer des nœuds.

Les invariants hyperboliques tirent leur origine d’un espace plus biscornu que notre espace ordinaire, où la somme des angles d’un triangle vaudra moins que 180 degrés. Les invariants quantiques s’appellent ainsi car ils sont définis en s’inspirant de travaux de la physique quantique, et pourraient en retour fournir des modèles mathématiques utiles aux physiciens. Enfin, les invariants L2 mettent en jeu des tableaux contenant une infinité de nombres (des " matrices de dimension infinie ") et sont difficiles à calculer.

Fathi Ben Aribi poursuit actuellement ses recherches en théorie des noeuds, en collaboration avec ses collègues de l’IRMP et d’autres chercheurs en Europe.

En enseignement, Fathi donnera bientôt un cours avancé pour présenter la théorie des nœuds à des étudiants de Master, en insistant sur la variété des autres domaines des mathématiques avec lesquels interagit cette théorie.

Du point de vue de la communication scientifique hors de l’université, il encadre avec ses collègues des groupes de lycéens motivés sur des projets de recherche en mathématiques via l’association Maths.en.JEANS.

Avec ScienceInfuse, l’antenne de promotion des sciences de l’UCLouvain, Fathi participe à la Nuit européenne des Chercheurs ; le samedi 28 novembre 2020, il participe à un café des sciences, une discussion en direct en ligne avec le grand public.

Fathi Ben Aribi consacre aussi actuellement une partie de son temps libre à la rédaction d’un livre de vulgarisation scientifique à destination des plus jeunes.

Outre ses travaux actuels, Fathi Ben Aribi a deux souhaits : mieux comprendre les applications récentes de la théorie des nœuds à d’autres sciences comme la physique ou la biologie, et ouvrir des dialogues avec d’autres sciences que les mathématiques, et, continuer à s’investir dans la promotion des sciences auprès du public.

Il estime que faire savoir comment fonctionne le monde de la recherche est un enjeu de société important … une conviction qu’il partage avec Duy Nguyen, notre autre invité de ce jour dans LES ECLAIREURS.

 

Duy Nguyen

Duy Nguyen

 

Duy Nguyen est né au Vietnam, à Vung-Tau, petite ville balnéaire du sud, connue aussi sous le nom de Cap Saint-Jacques, où il a vécu pendant 4 ans. Après avoir quitté son pays natal en tant que boat-people, Duy Ngyen et sa famille sont arrivés en Belgique comme réfugiés politiques de l’ONU.

 

Après un parcours scolaire dans l'enseignement général à Verviers et des études d'ingénieur civil physicien à l'ULiège, Duy a effectué des recherches dans le domaine de la physique des semi-conducteurs, qui ont abouti à une thèse de doctorat à l'ULiège en 2004. Il a ensuite participé, en tant que chercheur post-doctoral à un projet européen entre l'ULiège, l'Université d'Aix-la-Chapelle et la firme Philips autour des diodes électroluminescentes organiques pour des applications en éclairage. Engagé gé dans un institut de recherche en nanoélectronique basé à Louvain (IMEC), il y a, en tant qu'ingénieur procédés, travaillé au développement de technologies de fabrication de matériaux semi-conducteurs. En 2010, il est revenu à l’ULiège où un poste de chargé de cours s'était ouvert en Faculté des Sciences. Ses activités actuelles sont partagées entre ses enseignements au département de physique, en bachelier et au niveau du master, et ses recherches dans l'unité CESAM. Il est aussi très engagé dans diverses initiatives liées à l’accessibilité de la recherche et des activités de soutien à l'attention des étudiants.

 

Les recherches de Duy Nguyen portent sur les matériaux semi-conducteurs et la physique des dispositifs nanoélectroniques. Ce domaine a des répercussions importantes dans les technologies que nous utilisons au quotidien et qui continue à être alimenté par des découvertes fondamentales. Actuellement, il s’intéresse en particulier à une classe de matériaux qui possèdent la particularité de combiner deux propriétés que l'on retrouve difficilement de manière simultanée : la conductivité électrique et la transparence optique. La compréhension de leurs propriétés électriques et optiques ouvre des perspectives dans de nombreuses applications. Ainsi, ces matériaux entrent dans la composition de structures matérielles à la base de nouvelles générations de cellules photovoltaïques à films minces (pour la conversion de l'énergie solaire) ou de dispositifs qui émettent de la lumière (des diodes électroluminescentes utilisées dans la fabrication des écrans de télévision, par exemple). Dans ces applications, les matériaux évoqués remplissent la fonction d'électrode ou de contact transparent : ils permettent de collecter ou d'injecter de l'électricité tout en laissant passer la lumière.

Pour la conception de ces matériaux, Duy Ngyen et son équipe se focalisent actuellement sur l’approche suivante : le dépôt sur du verre -support solide déjà bien transparent- d’un ensemble de fils d'argent d'épaisseur nanométrique constituant un réseau conducteur.

Tels des bâtonnets d'un jeu de mikado, ces 'nanofils' permettent, via leurs intersections, de transporter la charge électrique de manière très efficace (ils sont en argent, un excellent conducteur électrique), tout en laissant passer la lumière (grâce aux espaces subsistants entre les nanofils).

Agglomérat de nanofils ‘argent dans un réseau déposé sur substrat de verre (2µm=0,002 millimètres)
Agglomérat de nanofils ‘argent dans un réseau déposé sur substrat de verre (2µm=0,002 millimètres) © Tous droits réservés

Voici une image par microscopie électronique d'un réseau de nanofils d'argent

Réseau de nanofils d’argent sur verre (1µm=0,001 millimètres)

L'étude de ces matériaux passe par l'utilisation d'outils en physique expérimentale pour leur fabrication ou la mesure de leurs caractéristiques physiques ; pour simuler leurs propriétés, le laboratoire développe sur ordinateur des algorithmes et des programmes informatiques. C'est la combinaison optimale de ces différentes approches qui, souvent dans ce domaine, permet de faire avancer les connaissances.

Actuellement, au laboratoire, l'étude de ces matériaux transparents conducteurs est réalisée notamment dans le cadre de deux projets, l'un financé par le F.R.S-FNRS et l'autre par la Région wallonne

Duy Nguyen s’intéresse actuellement aussi à d'autres sujets comme par exemple l'injection de spin (une propriété d'aimantation attachée aux électrons) pour le développement de dispositifs pour l'information, ainsi que le confinement contrôlé des électrons dans des nanostructures à semi-conducteurs. Des thèmes que le chercheur souhaiterait développer également dans l’avenir.

Pour écouter l’interview radio diffusée en podcast par l'équipe de 48 fm dans le cadre de la Nuit Européenne des Chercheurs, cliquez ici  

Pour visionner la vidéo montée par l’équipe de Réjouisciences,  illustrant des observations par microscopie réalisées au quotidien par les chercheurs du laboratoire, cliquez ici

Enfin, notons qu’outre ses activités de recherche, Duy Nguyen assume le rôle de coordinateur Erasmus pour la physique et de coordinateur local pour deux programmes de master internationaux orientés vers les sciences des matériaux ; il participe aussi à la vie de son département dans le cadre du conseil des études en physique.

Duy Nguyen nourrit une grande passion pour l'enseignement, en particulier au niveau du bloc 1 de bachelier, où les étudiants doivent gérer une transition délicate entre le secondaire et le supérieur, et où leurs difficultés sont nombreuses pour s'adapter à cet environnement nouveau et trouver une manière optimale de travailler. Duy Ngyen tente de les y aider au mieux, via diverses approches visant à stimuler leur curiosité et renforcer leur niveau d'engagement dans les cours.

 

Pour toutes informations sur les cours et activités de Duy Nguyen, cliquez ici 

 

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