
Projet TORNADO
© Ella Maru Studio
Approche multi-échelle et multi-dimensionnelle des interactions lumière-matière chirales pour améliorer les réponses chiroptiques
Mots-clés
chiralité, cavités chirales, attoseconde, femtoseconde, nanoseconde, matériaux chiraux, topologie, dichroïsmes, spin-orbite optique, résonateurs plasmoniques, électrons, chiralité supramoléculaire, spectroscopie chiroptique

Résumé
TORNADO est un projet interdisciplinaire liant chimie, sciences des matériaux, nanophotonique, optique et spectroscopie. Notre objectif est de comprendre et contrôler les interactions chirales lumière-matière avec des retombées potentielles en optoélectronique, en synthèse asymétrique et en traitement de l’information quantique. Explorer la chiralité sur diverses échelles spatiales et temporelles nous permettra d’élucider son rôle dans les dynamiques électroniques, photoniques et vibrationnelles et ce dans des systèmes variés tels que les molécules libres, les assemblages supramoléculaires, les nano-objets chiraux, les cristaux liquides et solides, les résonateurs plasmoniques, les métasurfaces et les cristaux photoniques.
Attendus scientifiques
Responsables : Thierry Ruchon & Anne Zehnacker
Les réactions photochimiques chirales seront sondées de la femtoseconde à la nanoseconde en dichroïsme de photoélectrons pour déterminer l’étendue spatiale et la durée de vie de la chiralité. D’autres spectroscopies optiques, allant du visible à l’extrême UV, seront déployées pour révéler une chiralité électronique à l’échelle nanométrique et différencier l’effet d’une chiralité ponctuelle de celui d’une chiralité supramoléculaire. L’influence du moment angulaire orbital de la lumière sera étudiée dans des molécules, des nanostructures, des matériaux topologiques et des structures magnétiques chirales, par dichroïsme hélicoidal, imagerie de photoélectrons ou microscopie électronique ultra-rapide (400 fs avec 1 nm de résolution).
Responsables : Cyriaque Genet & Reiko Oda
Une lumière chirale 3D avec spin et moment angulaire orbital permettra de contrôler la dynamique électronique chirale à l’échelle attoseconde, et la synthèse de nouveaux complexes de métaux de transition chiraux de créer des émetteurs de lumière polarisée circulairement efficaces et énantiomériquement purs pour l’optoélectronique chirale. Dans un double effort expérimental et théorique, nous ciblerons la chimie polaritonique asymétrique en explorant le couplage fort lumière-matière chiral en cavité. La dynamique de pseudo-spin de vallée dans les hétérostructures de van der Waals basées sur les dichalcogénures de métaux de transition couplées à un résonateur « spin-orbite optique » sera également étudiée.
Responsables : Etienne Brasselet & Jeanne Crassous
En utilisant la diffraction d’électrons induite par laser résolue en spin, nous effectuerons des mesures de la sélectivité de spin induite par la chiralité pour révéler les processus fondamentaux en jeu. Dans les cristaux liquides, nous étudierons le transfert des caractéristiques topologiques de la lumière à la matière pour produire de nouveaux types de capteurs optiques et de mémoires. Nous induirons également de nouvelles propriétés topologiques au niveau électronique dans les dichalcogénures de métaux de transition, ce qui pourrait constituer une étape importante vers des plates-formes robustes pour le stockage et le traitement de l’information quantique. Enfin, le couplage fort lumière-matière chiral des modes topologiques de bord sera étudié théoriquement, avec des applications potentiellement importantes pour le routage de l’information dans les réseaux quantiques.
Consortium
CBMN • Bordeaux
Chimie & Biologie des Membranes & des Nano-objets
Sylvain Nlate, Reiko Oda, Emilie Pouget
CELIA • Bordeaux
Centre Lasers Intenses et Applications
Samuel Beaulieu, Valérie Blanchet, Yann Mairesse
CEMES • Toulouse
Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales
Arnaud Arbouet, Nicolas Bizière, Christophe Gatel, Hugo Lourenço-Martins
ICS • Strasbourg
Spectroscopie ultrarapide ESI-MS de systèmes moléculaires complexes
Olivier Felix, Michel Tschopp
IPCMS • Strasbourg
Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg
Stéphane Berciaud, Arnaud Gloppe, David Hagenmüller, Matteo Mauro, Guillaume Weick
IPR • Rennes
L’Institut de Physique de Rennes
Thomas Jaouen, Jean-Christophe Le Breton, Patrick Le Fèvre
ISCR • Rennes
Institut des Sciences Chimiques de Rennes
Jeanne Crassous
ISIS-CESQ • Strasbourg
Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires
Eloïse Devaux, Cyriaque Genet
ISMO • Saclay
Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay
Katia Le Barbu-Debus, Valéria Lepère, Anne Zehnacker
LCH • Lyon
Laboratoire de Chimie de l’ENS Lyon
Matthias Pauly
LIDYL • Saclay
Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers
Thierry Ruchon
LOMA • Bordeaux
Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine
Rémi Avriller, Etienne Brasselet, Delphine Coursault, Nina Kravets
LPMS • Cergy
Laboratoire de Physique des Matériaux et de Surfaces
Mauro Fanciulli, Olivier Heckmann, Karol Hricovini, Christine Richter
SOLEIL/DESIRS • Saint-Aubin
Source Optimisée de Lumière d’Energie Intermédiaire du LURE
Gustavo Garcia, Laurent Nahon















Publications du projet TORNADO
Articles dans une revue
- Viktoria K Brandt, Michele Pugini, Nikolas Kaltsoyannis, Gustavo A Garcia, Ivan Powis, et al.. Photoelectron spectroscopy and circular dichroism of an open-shell organometallic camphor complex. Structural Dynamics, 2026, 13 (1), pp.014301. ⟨10.1063/4.0000791⟩. ⟨hal-05515630⟩
- Rafael S Dutra, Felipe A Pinheiro, Diney S Ether, Cyriaque Genet, Nathan B Viana, et al.. Circular Dichroism without Absorption in Isolated Chiral Dielectric Mie Particles. ACS photonics, 2026, 13 (4), pp.949-957. ⟨10.1021/acsphotonics.5c02076⟩. ⟨hal-05517155⟩
- Etienne Rouquet, Valéria Lepère, Gustavo Garcia, Laurent Nahon, Rodolphe Vuilleumier, et al.. Induced Photoelectron Circular Dichroism as a Probe for Distinguishing Diastereotopic Lone Electron Pairs. Angewandte Chemie, In press, ⟨10.1002/ange.3631400⟩. ⟨hal-05555245⟩
- Titouan Gadeyne, Thierry Ruchon. Energy and photon centroids of spatiotemporal light pulses and consequences for their intrinsic orbital angular momentum. Physical Review A, 2025, 112 (4), pp.043519. ⟨10.1103/1wsz-48br⟩. ⟨hal-05316241⟩
- Yutaka Okazaki, Thierry Buffeteau, Naoya Ryu, Kyohei Yoshida, Ju-Yeon Jo, et al.. Chiroptical Signal Amplification in Amorphous Siloxane Network by Asymmetric Ring Distortion. Journal of the American Chemical Society, 2025, 147 (31), pp.27552-27560. ⟨10.1021/jacs.5c05168⟩. ⟨hal-05361269⟩
- Yutaka Okazaki, Thierry Buffeteau, Naoya Ryu, Kyohei Yoshida, Ju-Yeon Jo, et al.. Chiroptical Signal Amplification in Amorphous Siloxane Network by Asymmetric Ring Distortion. Journal of the American Chemical Society, 2025, 147 (31), pp.27552-27560. ⟨10.1021/jacs.5c05168⟩. ⟨hal-05541915⟩
- Sotirios Fragkos, Baptiste Fabre, Olena Tkach, Stéphane Petit, Dominique Descamps, et al.. Floquet-Bloch valleytronics. Nature Communications, 2025, 16 (1), pp.5799. ⟨10.1038/s41467-025-61076-7⟩. ⟨hal-05345929⟩
- Kun Li, Chunya Fu, Hiroshi Yamagishi, Sota Nakayama, Wey Yih Heah, et al.. Microscopic observations of RGB circularly polarized luminescence from solid microspheres with liquid crystalline molecular order. Science and Technology of Advanced Materials, 2025, 26 (1), ⟨10.1080/14686996.2025.2509486⟩. ⟨hal-05200678⟩
- Lavinia Ballerini, Christophe Gourlaouen, Mathias Delporte-Pébay, Cristina Cebrian Avila, Emilie Voirin, et al.. Mono‐ IrIII versus heterobimetallic IrIII‐AuI complexes for circularly polarized luminescence. Chemistry - A European Journal, 2025, 31 (44), pp.e202501611. ⟨10.1002/chem.202501611⟩. ⟨hal-05156051⟩
- Matheus de Souza Lima Mendes, Gautier Duroux, Anthony Boudier, Piyanan Pranee, Yutaka Okazaki, et al.. Porphyrin J-aggregates as a probe for chiral impurities as demonstrated by their symmetry breaking by confinement in montmorillonite clay. Nanoscale, 2025, 17 (3), pp.1334-1341. ⟨10.1039/D4NR03728F⟩. ⟨hal-04837648⟩
- Jennifer Dupont, Julien Vincent, Anne Zehnacker, Gustavo Garcia, Laurent Nahon, et al.. The role of intramolecular hydrogen bonding in photoelectron circular dichroism: the diastereoisomers of 1-amino-2-indanol. Physical Chemistry Chemical Physics, 2025, 27 (5), pp.2739-2748. ⟨10.1039/d4cp04248d⟩. ⟨hal-04966044⟩
- Piyanan Pranee, Robin Hess, Anthony Boudier, Zakaria Anfar, Matheus de Souza Lima Mendes, et al.. Chirality expression from hierarchical foldamer-mesoscopic helical silica frameworks. Materials Chemistry Frontiers, 2025, 9 (10), pp.1501-1510. ⟨10.1039/D4QM01140F⟩. ⟨hal-05200667⟩
- Gautier Duroux, Matheus de Souza Lima Mendes, Iryna Makarchuk, Théo Lucante, Céline Kiefer, et al.. Challenges in chirality induction in iron oxide nanoparticles: in situ vs ex situ growth on helical nanoplatforms. Crystal Growth & Design, 2025, 25 (3), pp.603-611. ⟨10.1021/acs.cgd.4c01346⟩. ⟨hal-04943305⟩
- Mauro Fanciulli, Matteo Pancaldi, Anda-Elena Stanciu, Matthieu Guer, Emanuele Pedersoli, et al.. Magnetic Vortex Dynamics Probed by Time-Resolved Magnetic Helicoidal Dichroism. Physical Review Letters, 2025, 134 (15), pp.156701. ⟨10.1103/PhysRevLett.134.156701⟩. ⟨hal-05127585⟩
- Etienne Rouquet, Julien Vincent, Valéria Lepère, Lionel Poisson, Anne Zehnacker. Conformer-selective Photoelectron Circular Dichroism: Experimental Development and Application to Nitrogen Chirality. Structural Dynamics, In press. ⟨hal-05340266⟩
- Hao Wang, Emilie Pouget, Estelle Morvan, Sonia Buffiere, Nicolas Daugey, et al.. Chiral cobaltabis(dicarbollide) catalysts prepared using a silica helical nanoplatform for the enantioselective photooxidation of aromatic secondary alcohols. Chemistry - A European Journal, 2025, 31 (37), pp.e202501213. ⟨10.1002/chem.202501213⟩. ⟨hal-05101929⟩
- Matheus de Souza Lima Mendes, Langit Cahya Adi, Iryna Makarchuk, Gautier Duroux, Anthony Boudier, et al.. Magneto-chiral dichroism at the nanoscale: experimental observation in chiral paramagnetic nanoparticles. ACS Materials Letters, 2025, 7 (12), pp.3853-3858. ⟨10.1021/acsmaterialslett.5c01256⟩. ⟨hal-05333620⟩
- Sota Nakayama, Soh Kushida, Sundas Rani, Wijak Yospanya, Piyanan Pranee, et al.. Induced blue, green, and red-colour circularly polarized luminescence from single dye-doped homochiral poly(lactic acid) microspheres. Journal of Materials Chemistry C, 2025, 13 (27), pp.13659 - 13663. ⟨10.1039/d5tc01506e⟩. ⟨hal-05200676⟩
- Michela Ottolini, Zakaria Anfar, Nitika Grover, Gabriele Magna, Manuela Stefanelli, et al.. Chirality induction to porphyrin derivatives co-confined at the air–water interface with silica nano-helices: towards enantioselective thin solid film surfaces. Nanoscale, 2024, 16 (35), pp.16593-16601. ⟨10.1039/d4nr02344g⟩. ⟨hal-04763134v2⟩
- Ilaria Di Filippo, Zakaria Anfar, Gabriele Magna, Piyanan Pranee, Donato Monti, et al.. Chiral porphyrin-SiO2 nano helices-based sensors for vapor enantiomers recognition. Nanoscale Advances, 2024, 6 (17), pp.4470-4478. ⟨10.1039/D4NA00217B⟩. ⟨hal-04763137v2⟩
Communications dans un congrès
- Etienne Rouquet, Valéria Lepère, Laurent Nahon, Gustavo A Garcia, Anne Zehnacker. Gas-phase spectroscopy of chiral molecules. DPG Spring Meeting 2026 of the Atomic, Molecular, Quantum Optics and Photonics Section, Ferdinand Schmidt-Kaler et Gereon Niedner-Schatteburg, Mar 2026, Mayence (Mainz), Germany. ⟨hal-05541838⟩
- Etienne Rouquet, Jennifer Dupont, Gustavo A Garcia, Laurent Nahon, Valéria Lepère, et al.. Conformer-Selective Photoelectron Circular Dichroism. The 9th Asian and Oceanian Spectroscopy Conference [AOSC-2025], Naresh Patwari Ganpathi, Sep 2025, Goa, India. ⟨hal-05340454⟩
- Anne Zehnacker. Conformer-Selective Spectroscopy of Chiral Molecules. Fritz Haber Molecular Physics Department Workshop, Sandra Eibenberger-Arias, Nov 2024, Tegernsee, Germany. ⟨hal-04966009⟩
Pré-publications, Documents de travail
- Pietro Carrara, Franck Fortuna, Renaud Delaunay, Joan Vila-Comamala, Benedikt Rösner, et al.. Soft x-rays with Orbital Angular Momentum for resonant scattering experiments at the SOLEIL synchrotron. 2025. ⟨hal-05437327⟩
- Sotirios Fragkos, Quentin Courtade, Olena Tkach, Jérôme Gaudin, Dominique Descamps, et al.. Time- and polarization-resolved extreme ultraviolet momentum microscopy. 2025. ⟨hal-05345971⟩
Les autres projets PEPR
