Axe A - Instrumentation à ses limites
Le Laboratoire Léon Brillouin, qui est un outil essentiel pour l'analyse, par diffusion de neutrons, des structures et de la dynamique de la matière condensée. Le synchrotron SOLEIL, source de lumière de brillance exceptionnelle dans un domaine spectral allant de l'IR lointain aux X durs, sert également à caractériser structure et propriétés physiques, chimiques, fonctionnelles (dynamique, réactivité, magnétisme, etc.) depuis la phase diluée jusqu'aux matériaux en passant par les systèmes biologiques. Il mettra ses premières lignes de lumière au service des utilisateurs au début 2007, leur offrant ainsi accès à un ensemble très riche de méthodes (diffusion/diffraction, spectroscopie d'émission/absorption, microscopie, etc.), avec des performances ultimes en termes de résolution spectrale ou spatiale, d'accordabilité en énergie et de polarisation. Ces deux grands équipements sont reconnus comme étant des infrastructures européennes.
Sur le campus d'Orsay, la microscopie électronique au LPS, une des composantes de MINERVE, a été aussi reconnue digne du label "infrastructure délocalisée européenne" et permet d'analyser avec une résolution quasi-atomique la structure atomique et électronique de la matière, en utilisant la spectroscopie des pertes d'énergie d'électrons. Enfin, la recherche expérimentale en matière condensée bénéficie d'un substrat commun tout à fait remarquable en compétences et outils de RMN, de hautes pressions, de cryogénie et de spectroscopies, qui doit bénéficier de soutiens et de perfectionnements continus pour maintenir son rang dans la compétition internationale.
Les sources de lumière laser constituent une composante majeure dans le parc d'outils disponibles dans le Triangle. En particulier, les lasers de forte puissance et la physique qu'ils servent, sont représentés à un niveau exceptionnel, au premier plan international. Plusieurs lasers délivrant des impulsions ultra-brèves, de très forte puissance crête, sont opérationnels au LOA (ENSTA/Polytechnique), au LULI (Polytechnique), au SLIC du CEA-Saclay, sur la station LASERIX (LIXAM/Université Paris-Sud). L'offre de sources lasers implique également la Fédération Lumière Matière, l'IOTA et le LOB. Ces laboratoires sont, pour beaucoup d'entre eux, partenaires du Laserlab Europe, une infrastructure européenne délocalisée, qui met ses installations au service des chercheurs européens pour explorer les frontières de l'interaction lumière-matière.
Depuis une vingtaine d'années, le développement des lasers dans le Triangle a considérablement étendu le champ des études de l'Interaction Lumière-Matière (ILM), de la physique atomique en régime fortement non linéaire à la physique des plasmas et à l'astrophysique. Ce vaste champ d'études a pu intégrer une longue tradition de spectroscopie des systèmes complexes. L'ILM a également conduit au développement de sources "secondaires"- rayonnement UV-eXtrême (UVX) et X, γ, particules énergétiques (électrons, ions, neutrons) - aux performances exceptionnelles. Ces sources secondaires ont acquis une maturité suffisante pour pouvoir être proposées comme outils de recherche, non seulement en physique mais aussi en chimie et en biologie.
L'activité autour des lasers de puissance, de l'optique et de leurs applications, va encore s'amplifier dans la perspective du projet international Extreme Light Infrastructure (ELI), initié et coordonné par le LOA, maintenant inscrit sur la "roadmap" des futures grandes installations européennes. Le laser ELI atteindra une puissance de l'ordre de l'exawatt (1018 W), dépassant de plusieurs ordres de grandeurs les plus puissantes sources actuelles ; il permettra d'explorer le régime ultra-relativiste de l'interaction laser-matière. Parmi les trente équipes porteuses de ce projet, douze d'entre elles appartiennent au RÉSEAU. Le Triangle se doit par conséquent d'inscrire, parmi les thématiques scientifiques fédératrices, l'exploration de l'interaction laser-matière dans la perspective du projet ELI, c'est-à-dire dans un continuum d'intensité laser allant du régime non linéaire dans les systèmes liés jusqu'au régime ultra-relativiste dans les plasmas. D'autre part, ELI aura vocation à entraîner le développement d'activités technologiques particulièrement novatrices au sein du réseau.
Outre ces équipements majeurs, les physiciens du Triangle ont développé et utilisent, avec un succès reconnu au meilleur niveau, de nouvelles sources de lumière aux performances adaptées aux sujets d'étude, notamment pour la spectroscopie atomique et moléculaire à très haute résolution, pour la manipulation et le refroidissement d'atomes et de molécules, pour les études dynamiques en temps réel. Les besoins se renouvellent sans cesse et la proximité entre concepteurs et utilisateurs de ces sources, au sein de laboratoires possédant une tradition de collaborations, permet d'y répondre très efficacement.
La créativité des chercheurs et ingénieurs du Triangle ne se limite pas à la maîtrise de nouvelles sources de particules et de lumière. La technologie développée auprès des grands instruments de physique, accélérateurs, synchrotrons, a vocation à diffuser dans de nombreux domaines (détecteurs, actionneurs), où des progrès instrumentaux peuvent engendrer des avancées spectaculaires. Ceci est particulièrement d'actualité dans tous les développements de microscopes électroniques ou à champ proche, destinés à explorer surfaces et nanostructures à l'échelle de l'atome et à faire progresser ainsi de nombreux domaines des nanosciences.