Physique des Verres (VERR)

Responsable : Bernard HEHLEN

Du point de vue fondamental, les propriétés physiques de l’état vitreux et les mécanismes qui conduisent à la formation du verre sont encore mal connus. Malgré une activité scientifique de plus de 50 ans qui a vu l’émergence d’approches expérimentales, théoriques et conceptuelles très variées, ce domaine constitue toujours l’une des questions ouvertes de la physique de l’état condensé.

L’étude des propriétés vibrationnelles et relaxationnelles par spectroscopies optiques, ainsi que l’analyse des propriétés structurales par dynamique moléculaire via des méthodes classiques et quantiques, constituent les principales orientations de recherche. Récemment les centres d’intérêts se sont étendus à l’étude des propriétés physiques des systèmes du vivant et des biomolécules.

Physique des verres

L’utilisation combinée de spectroscopies optiques innovantes appliquées à des verres sous haute pression, a permis des avancées significatives dans la compréhension des propriétés élastiques et vibrationnelles et leur relation avec la structure et le désordre à l’échelle moléculaire et nanométrique.

Ces données expérimentales combinées à des simulations numériques ont permis de mieux cerner l’origine du polyamorphisme des verres. Par exemple, les polyamorphes de la silice vitreuse sous pression, peuvent être associés à des d’amas percolant de polyèdres de coordinance de plus en plus élevée.

Par ailleurs, en collaboration avec Sorbonne Université et l’Université de Taiwan, nous avons développé des techniques d’acoustique picoseconde innovantes qui ont permis de mieux comprendre les propriétés de transport dans les matériaux désordonnés, en particulier, comment les phonons acoustiques, porteurs d’énergie, sont affectés lorsque leur longueur d’onde atteint l’échelle du désordre structural inhérent à l’état vitreux.

Physique des systèmes biologiques

Les travaux se concentrent sur l’exploration des propriétés viscoélastiques du vivant grâce à la microscopie Brillouin.

Cette approche a permis de caractériser la mécanique de tissus dentaires, osseux, rétiniens, mais aussi de nombreux systèmes cellulaires et végétaux.

Grâce à cette expertise instrumentale, nous sommes régulièrement sollicités pour des prestations ou des partenariats sur des thématiques qui se tournent de plus en plus vers les systèmes du vivant.

Parallèlement, l’équipe mène des simulations moléculaires classiques et hybrides quantiques/classiques (QMMM) au sein du nouvel IHU Montpelliérain, afin de comprendre les interactions entre anticorps monoclonaux et leur récepteur CD16a. L’objectif est la conception de nouveaux variants thérapeutiques dans le but d’optimiser l’efficacité des traitements anticancéreux

Développements instrumentaux et numériques

Les activités de ce volet reposent sur une forte expertise en instrumentation et en modélisation numérique de l’équipe. Cette double expertise, confère au groupe une position reconnue dans le développement d’outils innovants appliqués aussi bien aux matériaux qu’aux systèmes biologiques.

L’équipe dispose d’un spectromètre combinant hyper-Raman et Raman dans le vert (532nm) et l’infrarouge profond (850 nm), adapté à l’étude de matériaux soumis à des conditions extrêmes de température et de pression.

En partenariat avec le LBN, un spectromètre micro-Brillouin confocal a également été conçu pour obtenir des images 2D et 3D à haute résolution des propriétés mécaniques des cellules vivantes. Ce dispositif a notamment permis de visualiser la structure interne d’une cellule souche de pulpe dentaire, révélant son noyau et ses organites.

Sur le plan numérique, l’équipe étudie des verres silicatés et des glycoprotéines à l’aide simulations numériques hybrides classique/quantique utilisant la méthode DFTB, une approche semi-quantique précise et peu coûteuse, qui permet de suivre des phénomènes rares tels que les transferts de charges et de protons.

Thèses récentes :

• PERRADIN Julien (2022-2025)
• Alban DESOUTTER (2020-2023)