Liviu Nicu

Introduction

Mes activités de recherche s’inscrivent dans le domaine des micro- et nanosystèmes électromécaniques (MEMS et NEMS) et ont progressivement évolué d’une approche centrée sur la biodétection vers l’étude de matériaux fonctionnels avancés, puis vers l’exploration de propriétés émergentes issues de l’organisation architecturée de systèmes physiques complexes.

Les travaux présentés ci-dessous illustrent trois contributions scientifiques majeures qui structurent cette évolution. Ils témoignent d’un intérêt constant pour les mécanismes permettant de faire émerger de nouvelles fonctionnalités physiques à partir de l’intégration de matériaux, de phénomènes multiphysiques et d’architectures innovantes au sein de microsystèmes.

Une liste complète des productions scientifiques est disponible en téléchargement à la fin de cette page.

Contribution 1 – De la fonctionnalisation des microsystèmes à l’intégration de matériaux fonctionnels avancés

Une première phase de mes activités de recherche a été consacrée au développement de microsystèmes dédiés à la détection biologique et chimique. Ces travaux ont porté sur la conception de BioMEMS intégrant des fonctions de reconnaissance moléculaire, de transduction et d’analyse, dans une approche associant microfabrication, fonctionnalisation de surface et instrumentation.

Cette activité m’a progressivement conduit à m’intéresser au rôle joué par les matériaux fonctionnels dans les performances des microsystèmes, qu’il s’agisse de couches piézoélectriques, de polymères fonctionnalisés ou de matériaux hybrides compatibles avec les procédés collectifs de microfabrication.

Publications représentatives

• [P1] Ouvrage de référence présentant les principes, architectures et applications des BioMEMS et NEMS dédiés à la biodétection.
• [P2] Analyse critique du rôle joué par les MEMS dans la crise Covid-19 et réflexion sur les limites des approches académiques de biodétection.
• [P3] Démonstration de l’amplification paramétrique dans des micro-résonateurs piézoélectriques intégrant actionnement et détection.
• [P4] Réalisation de nano-résonateurs auto-actionnés à base de couches minces de PZT compatibles avec une fabrication collective à l’échelle wafer.

Contribution 2 – MEMS et exploitation de nouvelles fonctionnalités physiques

Une seconde étape a consisté à utiliser les MEMS non plus uniquement comme dispositifs fonctionnels mais comme plateformes permettant d’exploiter directement des phénomènes physiques associés à de nouvelles familles de matériaux.

Les recherches développées dans ce cadre ont concerné notamment les matériaux à transition de spin, les matériaux photomécaniques, les matériaux thermosalients ainsi que diverses familles de matériaux organiques ou hybrides capables de générer des fonctions d’actionnement ou de détection inédites.

L’objectif scientifique commun de ces travaux consiste à identifier de nouvelles fonctionnalités physiques, à comprendre leurs mécanismes fondamentaux et à démontrer leur intégration dans des microsystèmes fonctionnels.

Publications représentatives

• [P5] Revue de référence sur l’utilisation des matériaux à transition de spin pour l’actionnement micro- et nano-électromécanique.
• [P6] Première intégration de matériaux à transition de spin dans un système MEMS fonctionnel.
• [P7] Démonstration d’un micro-actionneur bistable exploitant directement une transition de spin moléculaire.
• [P8] Première démonstration de dispositifs MEMS hybrides exploitant l’effet thermosalient comme mécanisme d’actionnement.
• [P9] Développement d’une approche originale de fabrication de métamatériaux magnétiques par assemblage dirigé de nano-objets magnétiques.

Contribution 3 – Des matériaux fonctionnels aux structures mécaniques architecturées

Plus récemment, mes recherches se sont orientées vers l’étude de systèmes mécaniques complexes dont les propriétés résultent à la fois des matériaux constitutifs, de leur architecture et des interactions multiphysiques qui les gouvernent.

Cette évolution prolonge naturellement les travaux consacrés aux matériaux fonctionnels avancés et ouvre la voie à l’exploration de métastructures mécaniques, de systèmes adaptatifs et de nouvelles approches de conception assistée par l’intelligence artificielle.

L’objectif est de comprendre comment l’organisation géométrique de structures élémentaires permet de faire émerger des comportements collectifs et des fonctionnalités qui n’existent pas à l’échelle de chacun des constituants pris isolément.

Publication représentative

• [P10] Modélisation avancée de structures mécaniques viscoélastiques complexes soumises à des excitations arbitraires et intégrant des mécanismes dissipatifs distribués et localisés.

Sélection de publications

[P1] Nicu L., Leïchlé T., Micro- and NanoElectroMechanical Systems for Biosensing, Wiley-ISTE, 2014.

[P2] Leïchlé T., Nicu L., Alava T., MEMS Biosensors and CoVid-19: missed opportunity, ACS Sensors, 5(11), 3297, 2020.

[P3] Thomas O., Mathieu F., Mansfield W., Huang C., Trolier-McKinstry S., Nicu L., Efficient parametric amplification in micro-resonators with integrated piezoelectric actuation and sensing capabilities, Applied Physics Letters, 102, 163504, 2013.

[P4] Dezest D., Thomas O., Mathieu F., Mazenq L., Soyer C., Costecalde J., Remiens D., Deu J.-F., Nicu L., Wafer-scale fabrication of self-actuated piezoelectric nanoelectromechanical resonators based on lead zirconate titanate (PZT), Journal of Micromechanics and Microengineering, 25, 035002, 2015.

[P5] Manrique-Juarez D., Rat S., Salmon L., Molnar G., Quintero C.M., Nicu L., Shepherd H.J., Bousseksou A., Switchable molecule-based materials for micro- and nanoscale actuating applications: achievements and prospects, Coordination Chemistry Reviews, 308, 395–408, 2016.

[P6] Manrique-Juarez D.M., Rat S., Mathieu F., Saya D., Seguy I., Leïchlé T., Nicu L., Salmon L., Molnar G., Bousseksou A., Microelectromechanical systems integrating molecular spin crossover actuators, Applied Physics Letters, 109, 061903, 2016.

[P7] Manrique-Juarez D.M., Mathieu F., Shalabaeva V., Cacheux J., Rat S., Leïchlé T., Nicu L., Salmon L., Molnar G., Bousseksou A., A bistable microelectromechanical system actuated by spin-crossover molecules, Angewandte Chemie International Edition, 56, 8074–8078, 2017.

[P8] Halabi J.M., Séguy I., Salvagnac L., Leïchlé T., Saya D., Mathieu F., Duployer B., Karothu D.P., Nicu L., Naumov P., Hybrid Organic Microelectromechanical Devices Driven by Thermosalient Effect, Cell Reports Physical Science, 3, 101133, 2022.

[P9] Moritz P., Gonon A., Nicu L., Lacroix L.-M., Magnetophoresis-assisted capillary assembly: a novel approach for fabricating nanostructured metamaterials, ACS Nano, 15(3), 5096–5106, 2021.

[P10] Stieven G. de M., Matt C.F.T., Nicu L., Naveira-Cotta C.P., Cotta R.M., On the dynamics of viscoelastic cantilever beams under arbitrary base motion and eccentric damped tip mass via integral transform, Journal of Sound and Vibration, 626, 119640, 2026.

Liste complète des productions scientifiques

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