Description

La matière active est l'un des domaines les plus passionnants de la physique de la matière condensée. Cet engouement provient en grande partie de la découverte de nouveaux phénomènes et de leur lien avec les systèmes biologiques. Si la modélisation de systèmes biologiques – comme les poissons – permet d'explorer de nouveaux domaines de la physique, la compréhension quantitative à partir des principes fondamentaux reste un défi de taille. Imaginons un système physique dont le comportement est similaire à celui des systèmes biologiques, mais dont les propriétés peuvent être prédites de manière précise : tel est le cas des colloïdes actifs. Ces particules micrométriques présentent une combinaison unique d'agitation thermique (elles obéissent donc à la mécanique statistique) et d'activité (elles manifestent donc de nouveaux phénomènes).

Nous avons découvert une variété de phénomènes nouveaux et inattendus dans les colloïdes actifs, allant du couplage hydrodynamique semblable aux états excités des molécules à une polymérisation active inédite. Nous avons récemment développé le premier système colloïdal actif tridimensionnel (voir figure) que nous pouvons étudier à la fois expérimentalement et par simulation numérique. Ce projet vise à explorer ce système, depuis le rôle de l'activité dans la nucléation cristalline et l'auto-assemblage jusqu'à l'étude de nouveaux phénomènes tels que les ondes de type phonon (qui n'existent généralement pas dans les systèmes colloïdaux).

Compétences requises

Maîtrise en physique statistique ou en physique de la matière molle ou domaine connexe.

Bibliographie

Royall CP, Charbonneau P, Dijkstra M, Russo J, Smallenburg F, Speck T and Valeriani C. “Colloidal Hard Spheres: Triumphs, Challenges and Mysteries”, Rev. Mod. Phys. 96 045003 (2024).

Zampetaki A, Yang, Y, Loewen, H and Royall CP “Dynamical Order and Many-Body Correlations in Zebrafish show that Three is a Crowd”, Nature Commun, 15 2591 (2024).

Sakaï N, Skipper K, Moore FJ, Russo J and Royall CP, “Active Dipolar Colloids in Three Dimensions: Non–Equilibrium Structure and Re-entrant Dynamics”, Soft Matter, 21, 5204 (2025).

Kawafi A, Kuerten L, Ortleib L, Yang Y, Mauleon Amieva A, Hallett J and Royall CP, “Colloidoscope: detecting dense colloids in 3D with deep learning”, Soft Matter, 21, 6338-6352 (2025).

Chao X, Skipper K, Royall CP, Henkes S, Liverpool TB, “Traveling strings of active dipolar colloids”, Phys. Rev. Lett. 134 018302 (2025).

Mots clés

Colloïdes actifs, Auto-assemblage, Microscopie confocale, Études à résolution particulaire, Nucléation, Particules Browniennes actives