Search

International audience; Drug nanocarriers (NCs) with sizes usually below 200 nm are gaining increasing interest in the treatment of severe diseases such as cancer and infections. Characterization methods to investigate the morphology and physicochemical properties of multifunctional NCs are key in their optimization and in the study of their in vitro and in vivo fate. Whereas a variety of methods has been developed to characterize “bulk” NCs in suspension, the scope of this review is to describe the different approaches for the NC characterization on an individual basis, for which fewer techniques are available. The accent is put on methods devoid of labelling, which could lead to artefacts. For each characterization method, the principles and approaches to analyze the data are presented in an accessible manner. Aspects related to sample preparation to avoid artefacts are indicated, and emphasis is put on examples of applications. NC characterization on an individual basis allows gaining invaluable information in terms of quality control, on: i) NC localization and fate in biological samples; ii) NC morphology and crystallinity; iii) distribution of the NC components (drugs, shells), and iv) quantification of NCs’ chemical composition. The individual characterization approaches are expected to gain increasing interest in the near future.

This thesis addresses the problem of imaging of model systems planar silicon pn junctions, fabricated by localized epitaxy, using the novel energy-filtered X-ray PhotoElectron Emission Microscope (XPEEM). The objective is to improve the understanding of the phenomena influencing the XPEEM images of the junctions, with as long-term perspective, a possible application of this method in a complementary way to existing techniques of 2D dopant mapping. The studies were carried out over three types of junction realized to this purpose and presenting variable electrical field (P+/P, N+/P, P+/N). We firstly developed and optimized a passivation protocol in three-steps which yielded a surface close to flat band conditions. This process allowed us to deduce band alignments as a function of doping level and type on both side of the junction thanks to spectroscopic XPEEM imaging of secondary electrons (to determine local work function), Si 2p core-level and valence band with both laboratory photon sources and synchrotron radiation. Contrast in core-level imaging due to the first atomic layer of the surface was also shown. Then, we highlighted the role of the lateral electric field across the depletion zone of a pn junction which shifts the apparent position of the latter in PEEM imaging. We compared experimental results and simulations performed with SIMION software to estimate the influence of pn junctions on PEEM imaging. Dark field imaging of the junction was also simulated. Comparison with the experimental results showed that it can be used to localize the real junction., Ce mémoire de thèse traite de l'étude de jonctions pn silicium planaires, réalisées par épitaxie localisée, avec un nouveau type de microscopie à émission de photoélectrons (XPEEM) filtré en énergie. L'objectif est d'améliorer notre compréhension des facteurs influençant l'imagerie XPEEM de jonctions modèles avec une perspective à plus long terme d'application de cette technique aux cas réels. Sur les trois types de jonction réalisées présentant des champs électriques variables P+/P, N+/P, P+/N), nous avons d'abord mis en oeuvre un procédé de passivation en trois étapes afin de se rapprocher de conditions en bandes plates en surface. Ce procédé nous a permis d'étudier la position des niveaux électroniques de part et d'autre des jonctions grâce à une imagerie en XPEEM spectroscopique avec électrons secondaires (travail de sortie local), électrons de coeur Si 2p et bande de valence, avec à la fois avec des sources X de laboratoire et le rayonnement synchrotron. Un mécanisme de contraste des images en électrons de coeur dû à la toute première couche atomique de surface a été montré. Ensuite, nous avons mis en évidence le rôle du champ électrique au niveau de la zone de déplétion des jonctions qui décale la position apparente de cette dernière dans l'image XPEEM. Nous avons comparé les résultats expérimentaux avec des simulations (logiciel SIMION) afin d'estimer son influence sur les conditions d'imagerie. Enfin, nous avons étudié l'impact de la technique d'imagerie en champ sombre sur la localisation de la jonction réelle au niveau de la surface de l'échantillon.

This thesis presents the study of electrons, phonons and their dynamics in the phase transitions of two strongly correlated materials, the prototype Mott compound (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 and the superconducting iron-pnictide Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2. These systems were studied with two complementary techniques, photoelectron spectroscopy and pump-probe reflectivity. Transient reflectivity measurements in (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 show a photo-induced lattice stiffening, due to the ultrafast (at the femtosecond time-scale) electronic structure modification. Coherent optical and acoustic phonon measurements investigated the link between electronic excitation, lattice properties and electron correlations. Sub-micron spatially resolved photoemission allowed the measurement of Mott-insulating and metallic domains in some parts of the phase diagram. In Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2, the first measurement of a coherent optical phonon in an iron-pnictide compound made it possible to interpret the transient electronic relaxation as governed by a selective electron-phonon coupling. The coupling constant, $\lambda$=0.12, is too weak to explain the superconductivity by a conventional phonon mediated mechanism. The electronic structure of Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2 has been measured by angle-resolved photoemission, allowing an optimal wavevector and energy resolution. The band dispersion and their orbital origin close to the Brillouin zone center have been determined, and the changes in the electronic structure induced by superconductivity have been measured. These changes include an inter-band spectral weight transfer and selective gap opening, revealing the complex character of the electronic structure of this multi-band superconductor.; Cette thèse concerne l'étude du rôle des électrons, des phonons et de leur dynamique dans les transitions de phase de deux systèmes fortement corrélés, le composé prototype de Mott (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 et le pnicture de fer supraconducteur Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2. Ces systèmes ont été étudiés grâce à deux techniques complémentaires, la spectroscopie de photoélectrons et la réflectivité pompe-sonde. Les mesures de réflectivité transitoire dans (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 ont permis de mettre en évidence un durcissement photo-induit du réseau cristallin, dû à la modification ultra-rapide (à l'échelle femtoseconde) de la structure électronique du matériau. La mesure de phonons optiques et acoustiques cohérents a permis de montrer le lien entre excitation électronique, propriétés réticulaires et corrélations électroniques. Des mesures de photoémission résolue spatialement à l'échelle microscopique ont également permis, dans certaines parties du diagramme de phases, la visualisation de domaines isolants de Mott et métalliques. Concernant Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2, la première mesure d'un phonon optique cohérent dans un pnicture de fer a permis d'interpréter la relaxation électronique transitoire de ce système comme gouvernée par un couplage électrons-phonons sélectif. La valeur du couplage électrons-phonons déterminée par cette méthode, lambda=0.12, est trop faible pour que la supraconductivité de ce système soit médiée par les phonons. La structure électronique de Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2 a été mesurée par photoémission résolue en angle à basse énergie de photon, permettant une résolution en énergie et en vecteur d'onde optimales. La dispersion des bandes autour du centre de la zone de Brillouin ainsi que leur symétrie ont ainsi été déterminées, et la modification de structure électronique induite par la transition supraconductrice a été mesurée. Cette dernière consiste en un transfert de poids spectral inter-bandes et l'ouverture de gaps sélectifs, reflétant le caractère complexe de la structure électronique des supraconducteurs multi-bandes.

This thesis presents the study of electrons, phonons and their dynamics in the phase transitions of two strongly correlated materials, the prototype Mott compound (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 and the superconducting iron-pnictide Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2. These systems were studied with two complementary techniques, photoelectron spectroscopy and pump-probe reflectivity. Transient reflectivity measurements in (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 show a photo-induced lattice stiffening, due to the ultrafast (at the femtosecond time-scale) electronic structure modification. Coherent optical and acoustic phonon measurements investigated the link between electronic excitation, lattice properties and electron correlations. Sub-micron spatially resolved photoemission allowed the measurement of Mott-insulating and metallic domains in some parts of the phase diagram. In Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2, the first measurement of a coherent optical phonon in an iron-pnictide compound made it possible to interpret the transient electronic relaxation as governed by a selective electron-phonon coupling. The coupling constant, $\lambda$=0.12, is too weak to explain the superconductivity by a conventional phonon mediated mechanism. The electronic structure of Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2 has been measured by angle-resolved photoemission, allowing an optimal wavevector and energy resolution. The band dispersion and their orbital origin close to the Brillouin zone center have been determined, and the changes in the electronic structure induced by superconductivity have been measured. These changes include an inter-band spectral weight transfer and selective gap opening, revealing the complex character of the electronic structure of this multi-band superconductor., Cette thèse concerne l'étude du rôle des électrons, des phonons et de leur dynamique dans les transitions de phase de deux systèmes fortement corrélés, le composé prototype de Mott (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 et le pnicture de fer supraconducteur Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2. Ces systèmes ont été étudiés grâce à deux techniques complémentaires, la spectroscopie de photoélectrons et la réflectivité pompe-sonde. Les mesures de réflectivité transitoire dans (V{1-x}Cr_{x})_2O_3 ont permis de mettre en évidence un durcissement photo-induit du réseau cristallin, dû à la modification ultra-rapide (à l'échelle femtoseconde) de la structure électronique du matériau. La mesure de phonons optiques et acoustiques cohérents a permis de montrer le lien entre excitation électronique, propriétés réticulaires et corrélations électroniques. Des mesures de photoémission résolue spatialement à l'échelle microscopique ont également permis, dans certaines parties du diagramme de phases, la visualisation de domaines isolants de Mott et métalliques. Concernant Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2, la première mesure d'un phonon optique cohérent dans un pnicture de fer a permis d'interpréter la relaxation électronique transitoire de ce système comme gouvernée par un couplage électrons-phonons sélectif. La valeur du couplage électrons-phonons déterminée par cette méthode, lambda=0.12, est trop faible pour que la supraconductivité de ce système soit médiée par les phonons. La structure électronique de Ba(Fe_{1-x}Co_{x})_2As_2 a été mesurée par photoémission résolue en angle à basse énergie de photon, permettant une résolution en énergie et en vecteur d'onde optimales. La dispersion des bandes autour du centre de la zone de Brillouin ainsi que leur symétrie ont ainsi été déterminées, et la modification de structure électronique induite par la transition supraconductrice a été mesurée. Cette dernière consiste en un transfert de poids spectral inter-bandes et l'ouverture de gaps sélectifs, reflétant le caractère complexe de la structure électronique des supraconducteurs multi-bandes.

Microbialites are sedimentary deposits associated with microbial mat communities and are thought to be evidence of some of the oldest life on Earth. Despite extensive studies of such deposits, little is known about the role of microorganisms in their formation. In addition, unambiguous criteria proving their biogenicity have yet to be established. In this study, we characterize modern calcareous microbialites from the alkaline Lake Van, Turkey, at the nanometer scale by combining x-ray and electron microscopies. We describe a simple way to locate microorganisms entombed in calcium carbonate precipitates by probing aromatic carbon functional groups and peptide bonds. Near-edge x-ray absorption fine structure spectra at the C and N K-edges provide unique signatures for microbes. Aragonite crystals, which range in size from 30 to 100 nm, comprise the largest part of the microbialites. These crystals are surrounded by a 10-nm-thick amorphous calcium carbonate layer containing organic molecules and are embedded in an organic matrix, likely consisting of polysaccharides, which helps explain the unusual sizes and shapes of these crystals. These results provide biosignatures for these deposits and suggest that microbial organisms significantly impacted the mineralogy of Lake Van carbonates.

International audience; Originally developed for time-resolved X-ray absorption spectroscopy (XAS), energy-dispersive absorption spectroscopy offers new opportunities for applications such as fluorescence detection and microbeams for scanning probe spectroscopy, thanks to recent developments in both instrumentation and optics. In this context, this paper presents a first example of chemical mapping recorded at ID24, the energy-dispersive XAS beamline at the ESRF. Attributes of this geometry for microanalysis are addressed. Finally, present and future plans are discussed and developed in the light of the evolution of the focal spot on this instrument in the past ten years.

International audience; Microorganisms were searched for among the complex microstructures observed on the surface of a fragment of the previous termTatahouine meteoritenext term inherited from the Tunisian soil in which they were buried. In this view, the chemical compositions, particularly the nitrogen, phosphorus, and sulphur compositions, including the sulphur speciation, were investigated using scanning electron microscopy (SEM), electron probe microanalysis (EPMA) mapping, and scanning X-ray microscopy (SXM). A few 2-μm-thick filaments, partly covered by patches of calcite ensuring they were not deposited by a laboratory contamination, were observed by SEM. The EPMA maps show that the portions free of calcite of the filaments have low but constant contents of nitrogen, sulphur, and phosphorus. The SXM maps were recorded at 2473.5, 2478, and 2482.2 eV, which are respectively characteristic for amino acid linked sulphur, sulphite (SO32−), and sulphate (SO42−). The portions of the filaments detected by EPMA are also those that are enriched in amino acid linked sulphur. The calculated (N/S) elemental ratio is consistent with the one of the dehydrated Escherichia coli matter, contrary to the much lower (P/S) elemental ratio. In living cells, the bulk N and S elements are mainly located in large polymers by covalent bonds, whereas a significant amount of P belongs to small and reactive molecules. We thus can propose that the observed microstructures are dehydrated microorganisms, in which most of the elements that were composing the polymers were retained, whereas the small electrolytes and molecules were removed.