HAL Portal UPHF (Université Polytechnique Hauts-de-France)
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Etude de la diode Schottky GaN à base de métaux réfractaires pour les applications spatiales à haute température et haute fréquence
No full textThe growing demand for high-temperature electronics, driven by applications such as deep-well drilling, hypersonic aerospace systems, and space exploration, requires the development of devices capable of operating beyond the thermal limits of traditional silicon-based technologies. In the context of Venus exploration, electronic systems are expected to function at temperatures reaching up to 460 °C. In this framework, gallium nitride (GaN) technology stands out for its potential to operate efficiently at high temperatures without the need for external cooling systems. This work focuses on the design of a high-temperature radiometer intended for the detection of water vapor in the Venusian atmosphere, relying on GaN Schottky diodes for frequency multiplication in heterodyne circuits. The study addresses the thermal and technological optimization of these diodes to ensure reliable operation under extreme conditions. The adopted scientific approach follows an iterative process of design, fabrication, and characterization of devices, exploring new metallic architectures that integrate refractory metals (molybdenum and tungsten). These allow device functionality after annealing up to 1000 °C and in situ electrical measurements up to 300 °C. Advanced surface treatment studies are also carried out to refine the understanding and control of fabrication processes. The results open promising perspectives toward submicron Schottky diodes for frequency mixers/multipliers and GaN platforms dedicated to space electronics.Les exigences croissantes en électronique haute température, motivées par des applications telles que le forage profond, l’aéronautique hypersonique ou encore l’exploration spatiale, imposent le développement de dispositifs capables de fonctionner au-delà des limites thermiques des technologies silicium traditionnelles. Dans le contexte de l’exploration de Vénus, les dispositifs sont attendus à fonctionner à des températures allant jusqu’à 460 °C. Dans ce contexte, la technologie GaN (nitrure de gallium) se distingue par son potentiel à opérer efficacement à haute température sans nécessiter de systèmes de refroidissement externes. Ce travail vise la conception d’un radiomètre à haute température destiné à la détection de vapeur d’eau dans l’atmosphère de Vénus, s’appuyant sur des diodes Schottky GaN pour la multiplication de fréquence dans les circuits hétérodynes. L’étude porte sur l’optimisation thermique et technologique de ces diodes afin d’assurer leur fonctionnement dans des conditions extrêmes. La démarche scientifique adoptée repose sur une approche itérative de conception, fabrication et caractérisation des dispositifs en exploitant de nouvelles architectures métalliques intégrant des métaux réfractaires (Molybdène et Tungstène), permettant la fonctionnalité des dispositifs après des recuits allant jusqu’à 1000 °C et leur mesure in situ jusqu’à 300 °C. Des études approfondies de traitement de surface sont entreprises afin de comprendre en finesse les procédés de fabrication. Les résultats obtenus ouvrent des perspectives vers des diodes submicroniques pour la multiplication, le mélange de fréquence et des plateformes GaN dédiées à l’électronique spatiale
Recent advances in 2D nanomaterial-based peroxidase-mimicking nanocomposites for sensing of water pollutants
No full textInternational audienceThe discovery of peroxidase-like activity of Fe3O4 nanoparticles in 2007 had opened up new possibilities for development of nanomaterials with natural enzyme-like activities called nanozymes. Till now, various types of nanozymes consisting of metal oxides, metal nanoparticles, carbon-based materials, and organic-inorganic hybrids have been developed. Because of their unique properties, including high stability, adjustable catalytic activity and easy synthesis methods, nanozymes represent potential probes in the fields of biosensing, catalysis, environmental remediation, and medical science. Among them, two-dimensional (2D) materials, like graphene, graphitic carbon nitride (g-C3N4), hexagonal boron nitride (h-BN), transition metal dichalcogenides (such as MoS2, WS2), and MXenes are considered as prominent for their unique optical, electrical and structural properties. These materials exhibit superior peroxidase-mimicking activity and have been widely applied in detection and removal of environmental pollutants, including both inorganic ions and organic molecules. This review highlights recent progress in the use of 2D material-based nanozymes as chemo- and biosensors, focusing on how their structure and properties influence catalytic performance. We also discuss the current challenges, emerging opportunities, and future directions for their practical applications
Ondes Élastiques Topologiquement Guidées pour l’Haptique de Surface
No full textHaptique et vibrotactile : approche physique et transducteurs; GTEA - Transducteurs et Électroacoustique: GSAM - Acoustique MusicaleNational audienceLes cristaux phononiques topologiques marquent une avancée majeure dans le contrôle des ondes élastiques en permettant la synthèse de modes localisés spécifiques (états de bords). Si les propriétés de ces modes font actuellement l’objet de nombreuses études, la question de leur perception haptique par un être humain reste largement ouverte, en raison de leur forte localisation combinée à une polarisation complexe. Dans cette étude, les propriétés de propagation des ondes élastiques topologiquement protégées sont examinées dans des plaques élastiques structurées avec un réseau hexagonal composé de trous triangulaires et circulaires. L’ajout de ces motifs géométriques conduit à une dégénérescence accidentelle de deux cônes de Dirac dans les bandes d’énergie. Cette dégénérescence est levée par une rupture de symétrie dans la direction de l’épaisseur, ouvrant ainsi un gap topologique et générant des états de bord robustes. Ces états de bord permettent une propagation unidirectionnelle des ondes le long des bords ou interfaces, sans rétrodiffusion, garantissant une insensibilité aux perturbations locales. Ces ondes, confinées aux interfaces, sont ajustées pour produire des vibrations élastiques précises dans une plage de fréquences perceptible par le toucher humain. Ces caractéristiques permettent d’envisager la réalisation de surfaces haptiques de grandes dimensions intégrant des boutons virtuels. Cette étude ouvre la voie à des dispositifs innovants exploitant des propriétés topologiques pour des technologies interactives
Isabelle de Bavière (1385-1422) : reinauté, enseignement du genre, différenciation
No full textNational audienceThe main topic of the conference is to present scientific results about Isabelle of Bavaria (1385-1422) and their possible applications in classroom : by a recent historiographic panel and by didactical transpositions in secondary school. This conference ends with learning tools about pedagogical distinctions.Cette communication permet d'évoquer les recherches scientifiques autour d'Isabelle de Bavière (1385-1422) et leurs applications pédagogiques possibles en situation de classe. Dans un premier temps, un bilan historiographique a été réalisé. Dans un deuxième temps, des séances d'enseignement ont été proposées dans le cadre de l'enseignement d'Isabelle de Bavière dans le second degré. Enfin, dans un troisième temps, des outils de différenciation pédagogiques ont été présentés
Electronic properties of the selenium passivated GaP(111)B surface: Towards growth of large scale quasi-van der Waals 2D/3D heterostructure
No full textInternational audienc
Caractérisation de l'électro-adhésion par Ultrasons-Laser
No full textUltrasons laser, interaction son-lumière; GAPSUS - Acoustique Physique, Sous-Marine et Ultra-SonoreNational audienceL’adhésion entre un revêtement et son substrat est un phénomène important qu’il est nécessaire de caractériser pour améliorer la fiabilité des structures dans différents domaines tels que celui de la microélectronique. Dans ce travail, un processus d'électroadhésion est étudié par Ultrasons-Laser. Plus précisément, un champ électrostatique est appliqué à un échantillon composé d’un film de polychlorure de vinyle déposé sur un substrat d'aluminium. L'objectif est d'étudier l'effet de la variation de l'électroadhésion sur la propagation des ondes acoustiques de surface. Celles-ci sont générées en mode thermoélastique par un laser impulsionnel Nd:YAG doublé en fréquence et détectées à l’aide d’une sonde interférométrique hétérodyne de type Mach-Zehnder. Ce dispositif permet de déterminer les courbes de dispersion des ondes de surface pour différentes adhésions. Par ailleurs, un modèle numérique est développé afin d'analyser l'influence de la qualité de l'interface sur ces courbes. Les résultats présentés ouvrent la voie à de futures études sur les phénomènes d'adhésion spécifiques à différents matériaux
Imagerie de défauts d’impacts par mesures pompe-sonde dans des plaques en composite
No full textEvaluation et contrôle non destructif; GAPSUS - Acoustique Physique, Sous-Marine et Ultra-SonoreNational audienceLes matériaux composites sont de plus en plus employés dans l’industrie aéronautique en raison de leurs propriétés avantageuses. Plus légers que les matériaux traditionnels tels que l’aluminium ou l’acier, tout en offrant des performances mécaniques similaires, ils permettent une réduction significative de la consommation de carburant des aéronefs. Ces matériaux, principalement des polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP), se présentent généralement sous forme de structures fines, telles que des plaques. Cependant, ils sont particulièrement sensibles aux défauts d’impact, et la détection de défauts précurseurs, comme les Barely Visible Impact Damages (BVID), constitue un défi majeur pour préserver l’intégrité des structures. Ces défauts sont difficiles à détecter à l'œil nu, et les méthodes de contrôle non destructif (CND) traditionnelles ne permettent pas une inspection rapide des grandes structures telles que celles rencontrées en aéronautique en raison du caractère local de ces méthodes. Dans ce contexte, nous proposons une méthode de contrôle de santé intégré (Structural Health Monitoring, SHM) visant à détecter et localiser les BVID dans des plaques en CFRP typiquement utilisées dans l’industrie aéronautique. Cette approche repose sur une technique non linéaire de type pompe/sonde, appelée modulation d’amplitude. Elle utilise un signal basse fréquence (pompe) pour activer les non-linéarités au niveau des défauts, couplé à des ondes ultrasonores guidées permettant de sonder rapidement et sur de grande surface l’état des pièces, permettant ainsi la détection et la localisation des endommagements. Dans ces travaux, cette méthode est testée sur des plaques en composite stratifié typiquement utilisées dans l’industrie aéronautique, d’abord sur un défaut artificiel puis sur un vrai défaut d’impact type BVID. Les cas de la pompe monochromatique et aléatoire sont présentés. De plus, le choix du contenu fréquentiel de la pompe ainsi que celui de la sonde et le type de mode guidé correspondant sont étudiés
Focalisation d’ondes élastiques guidées par ouverture synthétique à l’aide de réseaux de patchs magnétostrictifs
No full textEvaluation et contrôle non destructif; GAPSUS - Acoustique Physique, Sous-Marine et Ultra-SonoreNational audienceLes patchs magnétostrictifs (PM) constituent une alternative aux transducteurs piézoélectriques pour émettre / recevoir des ondes élastiques ultrasonores dans les solides. Ils sont composés d’une bande de matériau fortement magnétostrictif collée à la pièce (dans laquelle on veut émettre / être sensible à des ondes élastiques) et d’une bobine dans laquelle, en émission, on fait circuler un courant HF induisant un champ magnétique dynamique. La bande magnétostrictive est aimantée à un niveau de champ statique ; la magnétostriction induite par le champ dynamique autour du point de fonctionnement statique crée une vibration mécanique se propageant à travers le patch, la colle jusqu’à la pièce. En jouant sur la direction du champ magnétique statique, sur la forme de la bobine et sur le courant excitateur (fréquence, bande passante), on peut créer toutes sortes de contraintes à la surface de la pièce et engendrer tout type d’ondes élastiques, notamment des ondes guidées transverses horizontales, difficiles à créer par piézoélectricité. Ainsi, de nombreuses applications dans le domaine du contrôle non-destructif (CND) sont envisageables avec ces transducteurs. Un modèle a été développé pour prédire le champ d’ondes guidées (OG) par un PM (1). L’originalité de ce travail est la mise en réseau de PM pour mettre en œuvre des méthodes d’imagerie basées sur la propagation d’OG en CND. En particulier, on s’intéresse à la formation dynamique de faisceaux focalisés d’OG, permettant de créer de taches focales offrant une très bonne résolution grâce à la synthèse de grandes ouvertures. Comme les PM permettent une très bonne sélectivité modale, la combinaison de la focalisation synthétique et de la sélection modale renforce la qualité de focalisation. (1) G. Cousin, A. Lhémery, S. Grondel, “A model to predict the elastic field radiated by a magnetostrictive patch transducer into an omnidirectional waveguide,” J. Phys.: Conf. Ser. 1761 (2021) 012005
Calculs de Structures de Bandes Complexes de Cristaux Phononiques 2D Fluide/Solide par la Méthode des Eléments Finis à Fréquence Réelle Fixée pour le Développement de Solutions de Réduction du Bruit Anthropique Sous-Marin
No full textAcoustique sous-marine et navale, bioacoustique en milieu marin; GAPSUS - Acoustique Physique, Sous-Marine et Ultra-Sonore: GVB - Vibro acoustique et Contrôle du Bruit: GBIO - BioacoustiqueNational audienceLe bruit généré par les activités maritimes offshore est une préoccupation importante en raison de son impact sur les espèces marines. Pour atténuer ces nuisances sonores, la conception de métamatériaux acoustiques offre une solution prometteuse. Ces matériaux permettent de manipuler la propagation des ondes acoustiques, offrant ainsi la possibilité de contrôler et de réduire le bruit rayonné dans l'eau. Dans cette étude, nous abordons la solution par éléments finis de l'équation de propagation dans des réseaux périodiques (i.e. cristaux phononiques) constitués d’un solide dans un milieu fluide. Le problème aux valeurs propres est résolu en imposant une fréquence réelle et en calculant le nombre d'onde complexe associé. La méthode est initialement appliquée à un réseau périodique 2D d'inclusions solides dans une matrice solide, et elle est comparée à la méthode PWE (Plane Wave Expansion). Ensuite, l'analyse est étendue aux cristaux phononiques 3D solide/fluide et les résultats sont confrontés à ceux obtenus par la méthode LMS (Layer-Multiple-Scattering). Le modèle solide/fluide est enfin enrichi en introduisant des pertes dans la partie solide. La méthode développée est utilisée pour l’étude de géométries plus complexes, grâce à la modélisation par éléments finis. Cette approche permet notamment la comparaison des courbes de dispersion calculées à fréquences réelles avec les performances en transmission de cristaux phononiques adaptés à la réduction du bruit sous-marin