Projets ANR-RGC Hong Kong : le cru 2018

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Hong Kong | Politiques de recherche, technologiques et universitaires | Science de la matière : matériaux, physique, chimie, optique
23 octobre 2018

Depuis l’accord signé en 2012, l’Agence Nationale de la Recherche française (ANR) et le Research Grants Council hongkongais (RGC) ont financé 3 projets par an. Cette année ce sont dans les domaines de l’acoustique, de la physique quantique et de la physique des matériaux que les lauréats ont été sélectionnés.

Projet METARoom : Améliorer l’acoustique des salles par des métamatériaux

Les fonctionnalités extraordinaires des métamatériaux acoustiques ont conduit à la réalisation de techniques de manipulation d’ondes jusqu’alors considérées comme impossibles avec des structures sub-longueur d’onde. Malheureusement, ces nouvelles fonctionnalités sont nécessairement limitées à des gammes de fréquences étroites puisqu’une grande majorité des propriétés des métamatériaux provient de phénomènes de résonance. Pourtant, les applications pratiques nécessitent généralement une large bande d’efficacité.

Récemment, des percées dans la stratégie de conception et d’intégration ont permis de surmonter la limitation de bande étroite et ont montré que certaines fonctionnalités, comme l’absorption acoustique, peuvent être accordées en fonction du spectre d’absorption cible.

Ce schéma d’intégration a déjà conduit à la création d’une startup à Hong Kong, Acoustic Metamaterials Group (AMG), qui a atteint la capacité de production de masse des prototypes conçus, et d’une startup française, Metacoustic, qui propose des solutions acoustiques et vibratoires composées de couches métaporeuses et métaporoélastiques.

Dans le cadre du projet METARoom, nous visons à prolonger ces succès atteint dans le domaine de l’absorption acoustique pour ouvrir une nouvelle frontière dans le domaine de l’acoustique des salles en construisant des murs qui peuvent passer passivement d’une fonctionnalité totalement absorbante à une phase de réflexion modulée en espace obtenu grâce à des résonances permettant de régler l’impédance des murs. Un tel changement peut modifier considérablement l’expérience sonore d’une pièce, passant d’un caractère anéchoïque à la sensation sonore d’une pièce plus grande qu’elle ne l’est dans la réalité.

Traditionnellement, les murs acoustiques sont statiques et ne remplissent qu’une seule fonctionnalité. De plus, ils sont efficaces à haute fréquence mais conduisent à des structures encombrantes et lourdes à basse fréquence. Ce projet vise à concevoir des métamatériaux acoustiques sub-longueur d’onde et reconfigurables pour modifier l’acoustique d’une pièce. Nous nous appuierons sur l’expertise combinée des équipes de Hong Kong et de France pour prouver expérimentalement l’efficacité d’un tel système dans deux salles de démonstration, l’une à Hong Kong et l’autre au Mans. Ces deux salles de démonstration utiliseront des approches d’intégration et des résonateurs différents (résonateurs Fabry-Pérot pour l’équipe de Hong Kong et Helmholtz pour l’équipe du Mans) pour atteindre le même objectif.

Ce projet est porté par M. Jean-Philippe Groby (Université du Maine), et par le Pr. Ping Sheng (HKUST).

Thermométrie à l’échelle nanométrique

Le projet porte sur le développement d’un senseur thermique dépassant les performances actuelles des sondes en température opérant aux échelles nanométriques, en combinant une sensibilité sans précédent et une résolution spatiale à l’échelle nanométrique à un fonctionnement dans une large plage de températures et dans divers environnements (y compris les milieux biologiques).

Son principe de fonctionnement repose sur l’extrême sensibilité aux champs magnétiques de spins individuels isolés dans des nanodiamants, combinée à une transduction efficace de la température vers un champ magnétique grâce à des nanoparticules ou dépôts de matériaux ferromagnétiques ou ferrimagnétiques. Les performances du senseur seront évaluées en mesurant les gradients de températures induits par des nanoparticules d’or en relation avec les applications de thermoplasmonique. Son application à la thermométrie en milieu biologique cellulaire sera évaluée.

A ce stade, plusieurs briques de base nécessaires ont été posées par les partenaires :

  • capacité de mesurer des gradients de température en cellule avec une résolution spatiale de l’ordre du microns (Institut Fresnel)
  • capacité de créer des échauffements locaux contrôlés par des nanoparticules d’or (Institut Fresnel)
  • mesure directe de gradients de température à partir de spin individuel dans des nanodiamants (L2C)
  • nanomagnétométrie ultra-sensible à partir de spin individuel dans des nanodiamants (L2C)
  • transduction de la température sur des champs magnétiques par des nanoparticules ferromagnétiques (CUHK)
  • sensibilités en température de l’ordre du mK/Hz1/2 en recourant à l’architecture hybride associant nanomagnétomètrie à partir d’un ensemble de spins en nanodiamant et transduction température-champ magnétique (CUHK)

Ce projet est porté par les Professeurs Gergely Csilla (Montpellier University) et Li Quan (The Chinese University of Hong Kong)

Classification des phases topologiques de la matières dans des systèmes fortement corrélés

On a longtemps pensé que la théorie de rupture de symétrie de Landau décrivait tous les ordres possibles et toutes les transitions de phase (continues) possibles dans les matériaux. La nature est cependant toujours pleine de surprises. Au cours des trois dernières décennies, il est devenu de plus en plus clair que la théorie de la rupture de symétrie de Landau ne décrit pas tous les ordres possibles dans des systèmes fortement corrélés. Un exemple célèbre est l’effet Hall quantique fractionnaire (FQH). Il se trouve que les états FQH sont des phases topologiques de la matière quantique et contiennent une nouvelle classe d’ordre : l’ordre topologique.

Hong Kong Principal Investigator : Prof Gu Zhengcheng (The Chinese University of Hong Kong)
French Principal Investigator : Prof Poilblanc Didier (University of Touloouse)

On pense que l’ordre topologique existe dans les systèmes fortement corrélés et aura un impact significatif sur l’industrie du futur, comme par exemple, la réalisation du calcul quantique topologique. Malheureusement, aucun cadre analytique et numérique unifié pour l’étude des phénomènes topologiques dans des systèmes fortement corrélés n’a encore été mis au point en raison de l’absence de principe fondamentaux comme la suppression de symétrie et d’une approche mathématique comme celle de la théorie des champs moyens.

Il est apparu ces dernières années que les phases topologiques de la matière quantique peuvent être systématiquement caractérisées par une intrication quantique à longue distance et peuvent être décrites par la théorie des réseaux de tenseurs. Le but de ce projet est de classer les phases topologiques de la matière quantique dans des systèmes fortement corrélés en utilisant l’approche des réseaux de tenseurs.

Ce projet est porté par les Professeurs Prof Gu Zhengcheng (The Chinese University of Hong Kong) et Didier Poilblanc (University of Toulouse)

contact : sciences chez consulfrance-hongkong.org

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