Révolutionner l’utilisation de la diffraction cohérente des rayons X pour la cristallographie structurale appliquée à la catalyse, telle est l’objectif du projet REACT porté par Marie-Ingrid Richard, lauréate pour la deuxième fois.

La catalyse hétérogène (électro-, photo-) est au cœur de notre industrie chimique moderne, intervenant dans 90 % des procédés de fabrication chimique. Les principaux défis sont la mesure des cinétiques de réaction, l’identification des intermédiaires et le franchissement des écarts de « pression » et de « matériaux ». « Pour étudier le comportement des nanocatalyseurs individuels impliqués dans les réactions chimiques, je développerai de nouveaux systèmes de caractérisation structurale et chimique plus rapides, ainsi que des techniques de surveillance in situ de pointe afin de répondre aux problématiques catalytiques. » annonce la chercheuse.

Le projet REACT révolutionnera notre compréhension de la catalyse quasi-industrielle en surmontant les limites actuelles liées à la pression et aux matériaux, grâce à l’intégration d’une imagerie tridimensionnelle rapide, in situ, non invasive, des catalyseurs individuels, combinée à de la spectroscopie, pour obtenir une imagerie nano-spectroscopique 3D pendant la catalyse.

Cette méthode innovante fonctionnera à haute température, haute pression, dans des environnements complexes, tout en offrant une résolution atomique et une grande précision temporelle. En tirant parti des sources synchrotron de 4e génération, des détecteurs à intégration de charge révolutionnaires et de mon expertise reconnue en microscopie par diffraction cohérente des rayons X, le projet permettra une étude 3D de la chimie et de la structure des nanocatalyseurs dans des conditions réalistes de réaction, avec une résolution spatiale, temporelle et énergétique inégalée, afin d’identifier les intermédiaires réactionnels pour mieux comprendre les phénomènes critiques en nanocatalyse : activité, sélectivité, réutilisabilité et durabilité.

L’expérimentation ne vaut rien sans simulation. Nous utiliserons des capacités atomistiques de pointe développées par l’IA pour révéler toute la dynamique des mécanismes catalytiques, établissant une nouvelle référence dans l’intégration des sciences computationnelles et expérimentales.

« Mon projet apportera un éclairage nouveau sur les questions encore non résolues les plus pertinentes (durabilité, activité, etc.) qui limitent l’efficacité des procédés actuels, et ouvrira de nouveaux horizons avec un impact remarquable dans la recherche en catalyse. » promet la lauréate.

Le projet de recherche ULTRAWAVE porté par Christopher Bäuerle, concerne l’intrication quantique avec des paquets d’ondes de charge ultra-courts. Il entend répondre à un défi majeur en nanoélectronique quantique : l’accès aux échelles de temps internes caractéristiques - typiquement quelques picosecondes - qui gouvernent la dynamique quantique des dispositifs nanoélectroniques. Ces échelles de temps nous sont actuellement inaccessibles. Les atteindre ouvrirait une nouvelle voie pour étudier les aspects dynamiques de la mécanique quantique.
ULTRAWAVE relèvera ce défi en exploitant les avancées dans la production de photons térahertz (THz) et en utilisant des dispositifs innovants de conversion photon-électron pour générer des impulsions électroniques THz à utiliser en nanoélectronique quantique. « Nous intégrerons des commutateurs photoconducteurs très efficaces sur puce, dans un environnement cryogénique à très basse température, créant ainsi la première plateforme alliant la physique THz résolue en temps à des températures de l’ordre du millikelvin. Cette avancée nous permettra d’atteindre des échelles de temps inégalées, ouvrant l’accès au régime quantique des conducteurs nanoélectroniques. » annonce le physicien qui précise :
« Nous développerons une nouvelle plateforme de matériaux quantiques pour la nanoélectronique quantique basée sur des hétérostructures en germanium, afin de faire progresser le domaine à un niveau sans précédent. Les remarquables propriétés de cohérence quantique récemment démontrées de ce matériau nous permettront de concevoir le détecteur de charge unique, longtemps envisagé, pour les paquets d’ondes en propagation. »

Globalement, ULTRAWAVE établira une approche novatrice pour réaliser des manipulations quantiques « en vol » à des échelles de temps sans précédent, constituant une avancée majeure dans l’étude de l’intrication quantique et introduisant une nouvelle forme de traitement de l’information quantique basée sur les états quantiques propagés. La capacité à atteindre ces échelles de temps inédites ouvrira une nouvelle ère de recherche en nanoélectronique quantique, tant pour la science fondamentale que pour les applications en technologies quantiques.