Vincent Dupuis

Thèmes de recherche

• Magnétisme des nanoparticules magnétiques
  

De part leur dimensions manométriques, les nanoparticules magnétiques synthétisées au laboratoire (principalement des oxydes de fer ou du ferrite de cobalt) se présentent comme des monodomaines ferro/ferri-magnétiques possédant un moment magnétique géant (de l’ordre de 10 000 magnétons de Bohr pour une nanoparticules d’oxyde de fer de 10 nm de diamètre). Lorsque ces particules sont dispersées dans un liquide, on s’attend, si les particules sont suffisamment petites pour ne pas former des chaînes (la taille critique pour l’oxyde de fer est de l’ordre de 15-20 nm), à un comportement superparamagnétique avec un processus d’aimantation réversible (loi de Langevin) et une aimantation nulle en l’absence de champ magnétique.
Si cette approche marche relativement bien, plusieurs observations expérimentales (diminution de l’aimantation à saturation de l’ordre de 20-30% par rapport au bulk pour un diamètre de 10 nm, qui s’accentue lorsque le diamètre diminue, augmentation de l’énergie d’anisotropie lorsque la taille diminue, etc…) montrent qu’une nanoparticule magnétique est un système plus complexe qu’un spin géant et qu’une description plus adaptée nécessite d’envisager la nanoparticule comme un système multi-spins, réductible dans certains cas à un système coeur-coquille. Je m’intéresse à ces effets de surface qui proviennent de l’interaction des spins de surface désordonnés avec les spins de coeur. Ce magnétisme de surface peut être étudiée au moyen de la magnétométrie SQUID à basses températures (plate-forme MPBT de l’UPMC) ou encore par des mesures de biréfringence magnéto-induite sur des nanoparticules dont on fait varier la nature, le matériau, la taille, la morphologie en interaction forte avec les chimistes de synthèse.
Un autre aspect qui m’intéresse également dans le domaine des nanoparticules magnétiques est le chaînage de « grosses » nanoparticules ainsi que la transition mondomaine-multidomaines lorsque la taille de la particule permet la nucléation d’une paroi de domaine.

• Structure et dynamique des ferrofluides

Si la nanoparticule magnétique se révèle être un système complexe avec des effets de surface non triviaux, les assemblées de nanoparticules magnétiques en forte interaction sont un autre exemple de systèmes complexes. Ces systèmes présentent un comportement vitreux magnétique à basse température analogue à celui des verres de spins et un comportement vitreux structural (facteur de structure amorphe, dynamique l’ente de translation et de rotation, vieillissement) à température ambiante. En pratique, le contrôle des interactions à l’échelle colloïdale entre nanoparticules magnétiques dans un ferrofluide permet d’explorer une variété de phases allant du fluide homogène au solide (vitreux) en passant par des systèmes diphasiques et des phases de sols ou de gels d’agglomérats de nanoparticules. Je m’intéresse à ces divers aspects liés aux interactions interparticules. En particulier, une nouvelle voie de recherche que nous commençons à explorer est celle des mélanges de nanoparticules de tailles et/ou de formes variées qui laissent envisager des comportements exotiques originaux.

• Applications biomédicales et environnementales des nanoparticules magnétiques

En collaboration avec les chimistes de l’équipe Colloïdes Inorganiques, je m’intéresse également aux applications des nanoparticules magnétiques :

En relation avec le domaine biomédical, je m’intéresse principalement au pouvoir chauffant (hyperthermie magnéto-induite) des nanoparticules magnétiques lorsqu’on les soumets à des champs magnétiques radiofréquences d’intensité modérée (100-300 Oe). L’étude et compréhension du phénomène qui passe par le développement de dispositifs permettant des mesures magnétiques entre 50 kHz et 1 MHz permet

• Instrumentation et sciences participatives

Récemment, en lien avec le montage du Fablab de Sorbonne Universités, j’ai développé des capteurs low-cost de qualité de l’air dans le cadre d’un projet « aircitizen » en collaboration avec des géographes de l’Université Paris Cité. Ces capteurs transfèrent leurs mesures via une liaison bluetooth à un smartphone qui ajoute la localisation dans l’espace et le temps et transmet l’ensemble à un serveur web. Des ateliers citoyens ont été réalisés dans le cadre des fêtes de la science et ont permis aux participants de monter leur capteur et de partager leurs mesures de pollution.

En cours de mise à jour…