Science with coherent X-rays at 3rd and 4th generation synchrotron sources

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Science with coherent X-rays at 3rd and 4th generation synchrotron sources

(date de création : 01/01/2022)

Coordinateur : T.W. Cornelius (IM2NP, Equipe MNO, Marseille)
Coordinateurs adjoints: Beatrice Ruta (ILM, Lyon), Julio Cesar da Silve (Néel, Grenoble)

La mission du groupement de recherche Science with coherent X-rays at 3rd and 4th generation synchrotron sources (CohereX) est de rassembler la communauté française utilisant le rayonnement X cohérent, couvrant des domaines de recherche allant des systèmes biologiques aux structures magnétiques, électroniques, et jusqu’à la dynamique de la matière, en passant par les matériaux fonctionnels et ceux du patrimoine culturel. CohereX a pour but de partager les savoir-faire et de promouvoir le développement de nouvelles études innovantes et des approches d’analyse de données, en lien en particulier avec les opportunités uniques offertes par les mises à jour des sources synchrotrons extrêmement brillantes.

L’amélioration continue de la brillance et du flux cohérent des sources synchrotrons modernes a conduit à l’émergence de nouvelles techniques capables de sonder certaines propriétés physiques et chimiques de la matière. Les installations synchrotrons existantes subissent des mises à jour d’envergure, les transformant en sources dites extrêmement brillantes. L’augmentation du flux cohérent accessible améliore de façon significative la sensibilité et aide à atteindre des hautes résolutions spatiales, potentiellement jusqu’à la résolution atomique. De même, le plus grand flux cohérent disponible aux hautes énergies, présentant donc un fort pouvoir de pénétration de la matière, devrait faciliter l’étude d’échantillons plus larges ou dans de véritables environnements de travail. Il permettra également d’augmenter la résolution temporelle, rendant possible la mesure à des échelles temporelles plus courtes.

Favoriser la discussion entre les membres experts de différentes techniques de rayons X (RX) cohérents conduira à une utilisation plus efficace des nouvelles opportunités sur ces sources extrêmement brillantes et soutiendra la communauté française dans un environnement international très concurrentiel. Ces échanges ouvriront la voie à des études innovantes de la structure et des défauts de matériaux fonctionnels (ferroélectriques, matériaux magnétiques) et permettront de développer de nouvelles approches in situ et operando pour étudier la catalyse et l'électrochimie à l'échelle nanométrique pour le développement de batteries. Ils aideront également l’exploration de divers phénomènes physiques tels que les dommages dans les alliages d'aluminium (pour les applications aéronautiques) au niveau submicronique et de fournir une caractérisation multi-échelle 3D de nouveaux procédés de fabrication à partir de dispositifs operando mimant le processus. De plus, l'imagerie biologique en profitera pour éventuellement fournir des informations quasi-histologiques sur les tissus post-mortem donnant des informations importantes sur les structures 3D d'organes intacts ou de tissus pathologiques. Des recherches innovantes sur le comportement thermo-hygro-mécanique multi-échelle des matériaux en fibres de cellulose naturelles, l'interaction fluide/structure lors du traitement des matériaux composites et la surveillance du comportement des systèmes à haute fréquence ainsi que sur des fluctuations dynamiques dans des matériaux complexes avec une résolution temporelle sans précédent deviendront possibles.

Un défi pour les années à venir est la gestion et le traitement de la grande quantité de données collectées lors des expériences. Il est essentiel que la communauté se rencontre et discute de l'intelligence artificielle et de l'apprentissage automatique afin de développer de nouveaux algorithmes convolutifs basés sur les réseaux de neurones pour l'analyse de données.

De nos jours, les techniques de RX cohérents sont des méthodes de niche. Le regroupement de la communauté augmentera considérablement sa visibilité. Le GDR est ouvert aux non-spécialistes pour favoriser l'interaction avec d'autres communautés et le développement de nouvelles expériences et approches d'analyse de données et pour faire sortir des rayons X cohérents du confinement et en faire à terme un outil standard pour l'imagerie et l'étude de la matière. Ce GDR est également importante en vue d'une éventuelle mise à jour de la source synchrotron français SOLEIL et des lignes de lumière françaises CRG au Synchrotron européen.