Delphine Bouilly et son équipe assemblent des circuits et capteurs électroniques ultraminiaturisés permettant de sonder les molécules biologiques (ADN, protéines) à l’échelle de la molécule individuelle. En particulier, ils s’intéressent à mesurer la dynamique des interactions entre molécules ou des fluctuations à l’intérieur d’une seule molécule. Le but de ces travaux est de développer de nouveaux outils pour détecter les biomarqueurs associés à différents types de cancer, et de mieux comprendre la mécanique des macromolécules élémentaires, en vue d’informer la conception de médicaments et traitements.

Mes activités de recherche se concentrent dans l'application de la mécanique quantique pour le calcul des propriétés des matériaux. Plusieurs domaines m'intéressent, mais présentement mes travaux se concentrent sur le développement de nouveaux matériaux organiques pour des applications photovoltaïques, la compréhension des propriétés des supraconducteurs de haute température par approche ab initio, et l'étude des nanomatériaux comme les nanotubes.

J'utilise une approche théorique qui fait appel aux capacités des supercalculateurs afin de simuler les matériaux étudiés. Ces méthodes sont à la fine pointe des développements récents comme la théorie de la fonctionnelle de la densité ainsi que les méthodes basées sur la fonction de Green.

Au Département de Physique de l'Université de Montréal, je suis professeur adjoint en Physique des plasmas appliqués à la synthèse/fonctionnalisation des nanomatériaux et au traitement des liquides.

Je m'intéresse aux plasmas à la pression atmosphérique et aux interactions plasmas-matière, en particulier celle qui est en phase liquide. Dans ce contexte, mes activités de recherche sont subdivisées en trois axes :

• plasma en contact avec un liquide,
• plasma dans un liquide et 
• plasma dans un milieu diphasique (par exemple mélange de deux liquides immiscibles ou mélange air-liquide, c.à.d. bulles). 

En plus de la compréhension fondamentale de la science de cette nouvelle famille des plasmas, je développe des applications originales, innovantes et prometteuses. Bien que le champ d’application soit extrêmement large, je m’intéresse à court terme à appliquer les plasmas en phase liquide dans la stérilisation des eaux, la synthèse des nanomatériaux et la production des carburants propres.

Bien que le champ de recherche '' plasma-liquide '' est relativement nouveau, les premiers résultats ont montré qu'il y a une très belle physique à explorer et un potentiel énorme pour résoudre des problématiques sérieuses au niveau mondial.

Lorsqu’un matériau semi-conducteur absorbe un photon, un électron est excité dans la bande de conduction, ce qui laisse un trou dans la bande de valence. L’interaction de Coulomb entre l’électron et le trou génère un état lié appelé exciton, qui contrôle en grande partie les propriétés optiques des semi-conducteurs. Il s’avère de plus que lorsque le milieu est structuré sur une échelle nanométrique, la réponse optique des semi-conducteurs est radicalement modifiée par le confinement quantique.

Mon programme de recherche est axé sur la dynamique des excitons lorsqu’ils sont créés dans des milieux nanostructurés afin de décrire comment l’énergie est absorbée et redistribuée dans le cadre d’une représentation en termes d’excitations collectives. Quoique de nature fondamentale, ce sujet est intimement lié avec le développement de l’excitonique, un domaine en émergence qui vise à concevoir et fabriquer de meilleurs dispositifs optiques pour des applications allant de l’éclairage au calcul quantique.

Mon programme de recherche s'inscrit dans la thématique générale de la physique numérique des matériaux. Ainsi, nous utilisons de puissants calculateurs pour sonder le comportement et les propriétés des matériaux, notamment structurales, et la relation « structure-fonction ». L'approche que nous privilégions est la dynamique moléculaire, qui consiste à intégrer les équations du mouvement d'un système d'atomes sous l'effet de forces issues de « potentiels »; ceux-ci peuvent être génériques (Lennard-Jones, par exemple), empiriques ou semi-empiriques, ou même ab initio. La taille des systèmes varie selon le potentiel utilisé, de quelques dizaines ou centaines à plusieurs millions d'atomes.

La gamme de problèmes que nous étudions est vaste, mais nous avons un intérêt particulier pour les suivants (liste non exhaustive) : (i) Ablation laser et interactions laser-matière; il s'agit ici de comprendre comment la matière réagit à de puissantes et brèves impulsions laser - mécanismes d'éjection, modifications structurales de la cible, propriétés de la plume d'ablation. etc. (ii) Matériaux désordonnés, amorphes ou vitreux; dans ce domaine, nous cherchons à comprendre la structure à courte, moyenne et longue portée de matériaux tels que le silicium amorphe, les verres métalliques, etc. (iii) Comportement thermique des matériaux nanoscopiques; on cherche ici à savoir comment la chaleur se dissipe au voisinage de structures de tailles nanométrique et comment celle-ci se déplace dans des jonctions moléculaires entre nanoparticules, notamment.

Mes activités de recherche sont actuellement focalisées sur l'étude et les applications des plasmas froids. Dans ce cadre, je poursuis des recherches dans le domaine de la gravure de couches minces de matériaux pressentis pour diverses applications photoniques et radiofréquences. Je m'intéresse également aux applications des plasmas induits par laser . Ces études revêtent à la fois un caractère fondamental et appliqué, ce qui comprend la modélisation du plasma et sa caractérisation par le biais de divers moyens de diagnostic dont ceux faisant appel aux lasers (fluorescence induite par laser, photodétachement, etc.).

Normand Mousseau est professeur de physique et membre de l'Institut Courtois  à l'Université de Montréal, directeur scientifique de l'Institut de l'énergie Trottier à Polytechnique Montréal et co-directeur scientifique du Carrefour de modélisation énergétique.  Il est détenteur d’un doctorat de la Michigan State University et  a travaillé comme chercheur post-doctoral à l'Université d'Oxford, en Angleterre, et à l'Université de Montréal.  Il fut professeur adjoint au Département de physique et d'Astronomie de la Ohio University avant de rejoindre l'Université de Montréal en 2001. Détenteur d’une chaire d’excellence de la Fondation NanoSciences de 2009 à 2012, il a été, au fil des ans, chercheur ou professeur invité à l'l'École Polytechnique de Delft, aux Pays-Bas, à l’Utrecht Universiteit, au CEA, au CNRS, à l’Université Fudan de Shanghai et à l’Université Pierre et Marie Curie. Il fut le directeur scientifique fondateur de Calcul Québec de 2010 à 2013.

Les méthodes numériques qu'il a développées, dont plusieurs s'appuient la technique d'activation et de relaxataion, sont utilisé à travers le monde pour l'étude de la cinétique des matériaux complexes. Avec son groupe et des collaborateurs au Canada et à l'étranger, il continue à développer les méthodes ART nouveau et ART cinétique.

Chercheur de renommée mondiale en matériaux complexes et en biophysique, avec plus de 200 articles scientifiques à son actif, il nourrit également une grande passion pour la vulgarisation scientifique.  De septembre 2011 à avril 2017, il a produit et animé l’émission  «La Grande Équation» sur les ondes de Radio Ville-Marie, une émission de savoir scientifique disponible sur iTunes U et en ligne. Il a publié plusieurs grand public à l'interface entre science et société, dont « Comment se débarasser du diabète de type 2 sans chirurgie ni médicaments», « Gagner la guerre du climat. Douze mythes à déboulonner » et « Pandémie. Quand la raison tombe malade », tous aux Éditions du Boréal.

Depuis 2005, il suit  de près la question énergétique et des ressources naturelles. En plus de ses nombreuses interventions médiatiques, il a publié chez MultiMondes plusieurs livres sur le sujet dont « Au bout  du pétrole, tout ce que vous devez  savoir sur la crise énergétique», en 2008, et « La révolution des gaz de schiste », en 2010. Son dernier livre, « Le défi des ressources minières » est paru à l'automne 2012.  En 2013, il a coprésidé la Commission sur les enjeux énergétiques du Québec dont le rapport, « Maîtriser notre avenir énergétique, pour le bénéfice économique, environnemental et social de tous», a été rendu public à la fin février 2014. 

Directeur scientifique de l'Instittut l'énergie Trottier depuis 2016, il dirige, entre autre, la publication des Perspectives énergétique canadiennes.  Il a contruibué à la création de l'Institut climatique du Canada et est membre de son conseil d'adminsitration. Il est aussi co-fondateur et conseiller principal à la transition de l'Accélérateur de transition, et co-fondateur et co-directeur scientifique du Carrefour de modélisation énergétique, une organisation pan-canadienne financée par Ressources naturelles Canada dont le mandat est de maintenir des modèles énergétiques et à d'en favoriser l'utilsation par les parties prenantes et les décideurs publics. 

L'implantation ionique est une technique qui permet de modifier la surface des matériaux en y injectant des atomes à la profondeur désirée, et en quantité précise. Elle est largement utilisée pour le dopage des semiconducteurs lors de la fabrication de circuits intégrés à très haute échelle (VLSI). Étant un phénomène fortement hors-équilibre (les atomes incidents ont typiquement des énergies des millions de fois plus élevées que celle des atomes du matériau) l'implantation génère souvent, à l'échelle atomique, de nouvelles structures qui peuvent, selon le cas, être exploitées pour améliorer les performances de matériaux de haute technologie, ou constituer un problème à contourner.

Par exemple, pendant le dopage, l'implantation engendre des défauts dans les semiconducteurs en déplaçant des atomes du cristal, ce qui est néfaste pour les circuits intégrés. Si le nombre de défauts n'est pas trop élevé, le dommage pourra être corrigé par recuit thermique et le dopant activé. Toutefois, si la densité de défauts dépasse un certain seuil, des dommages permanents apparaîtront dans le matériau et peuvent rendre inutilisables les dispositifs.

À l'inverse, l'implantation ionique génère des défauts qui peuvent être utilisés pour modifier les matériaux. En effet, l'implantation permet de créer, près de la surface, des défauts qui peuvent par la suite diffuser dans le matériau et modifier la composition de couches enfouies par interdiffusion. On peut ainsi changer la longueur d'onde d'émission de puits ou points quantiques et les propriétés de couches magnétiques.

Les faisceaux d'ions permettent en outre de mesurer de façon quantitative et extrêmement sensible la distribution en profondeur des atomes dans un matériau. Nous disposons dans nos laboratoires de plusieurs techniques d'analyse par faisceaux d'ions, notamment la Détection de Reculs Élastiques (ERD), technique inventée dans nos laboratoires dans les années 70, ainsi que l'analyse par Spectrométrie de Rétrodifussion Rutherford (RBS), la canalisation (RBS channeling) et l'Analyse par Réactions Nucléaires Résonnantes (NRRA).

Les activités de recherche du professeur Stafford s’articulent autour de la physique des plasmas hautement réactifs et des interactions plasmas-surfaces ayant lieu au cours de la synthèse, de la gravure et de la modification par plasmas froids (hors équilibre thermodynamique) de matériaux et de nanomatériaux. Plus spécifiquement, la recherche s’oriente selon trois volets : i) Mise au point et diagnostics de sources avancées de plasmas froids hautement réactifs à basse pression et à la pression atmosphérique, (ii) Développement de nouveaux procédés basés sur de tels plasmas froids et (iii) Intégration de ces procédés basés sur les plasmas froids dans des secteurs stratégiques pour le développement économique du Québec et du Canada, en particulier dans le domaine de la fabrication et de la production industrielle, de la valorisation des ressources naturelles, de l'énergie et du développement durable.