• Département 1 : Physique de la matière et des matériaux (PMM)
• Département 2 : Chimie et Physique des solides et des surfaces (CP2S)
• Département 3 : Élaboration – Microstructure – Propriétés (EMP)

Portées par les centres de compétences (CC), elles couvrent une vaste gamme de méthodes et techniques allant de la diffraction des rayons X, microscopies et sondes électroniques et calorimétrie, aux ateliers de conception et de fabrication mécanique, électronique et automatique d'une part, et aux salles blanches destinées aux micro- et nano-dispositifs d'autre part. Une place éminente est réservée au sein du CC-Valorisation-Innovation-Transfert à l'accueil d'équipes de chercheurs industriels et de membres d'autres communautés universitaires pour développer en commun des projets d'intérêt industriel ou sociétal, accélérant ainsi notablement le cycle qui va de la découverte de base au produit commercial.

Les secteurs dans lesquels l'IJL affiche ses capacités les plus marquées sont :

• La simulation numérique et l'enseignement des sciences et techniques de la fusion thermonucléaire,
• Les sciences et l'ingénierie des surfaces, des films et des revêtements, notamment pour les concepts les plus fondamentaux (effets liés à l'abaissement de la dimensionnalité, cristallographie, structure électronique, mécanismes de sélection et de germination des structures en surface, cinétiques de croissance, caractérisation in situ des produits absorbés comme des espèces en phase vapeur) d'une part, et d'autre part pour ce qui touche aux procédés propres et sûrs d'élaboration, de préparation et de revêtement des surfaces.
• Les nanomatériaux innovants, semi-conducteurs pour applications optiques, multicouches magnétiques et électronique de spin, films nanostructurés (diamant, AIN, etc.) pour le stockage ou la capture de l'information, nanotubes, grains métalliques ultrafins, quasi-cristaux et alliages métalliques complexes (coordination d'un réseau d'excellence européen sur le sujet), films minces de nitrures, carbures, etc., pour applications mécaniques, revêtements anticorrosion. Cette thématique inclut un groupe de niveau international reconnu de longue date en chimie du carbone. Un autre groupe dédié à la physique statistique théorique, également de niveau international, est bien connu des physiciens théoriciens au niveau international.
• La métallurgie, puisque l'IJL est l'un des rares sites français où cette discipline est encore enseignée et pratiquée, avec une force particulière en matière de simulation numérique couplée avec des expériences de laboratoire et des essais sur sites industriels. Relèvent de cette thématique trois parmi les rares équipes encore capables en France d'étudier les diagrammes de phase et de travailler sur les métaux et alliages à très haute température (Ti, Zr, Nb, Ta, W, composés réfractaires, ...) et le couplage entre procédés, microstructures et propriétés mécaniques des alliages (bases Al, Ti, Mg, Fe, ...) ou des polymères. Enfin, l'ensemble de la recherche de l'IJL est coordonné avec l'enseignement que dispensent ses membres via d'une part un grand nombre de doctorants, post-docs et stagiaires présents dans ses murs, et d'autre part une implication de premier rang dans les formations des écoles d'ingénieurs et des facultés des universités lorraines.

Les grands axes de recherche assemblant des compétences d'au moins deux de ces départements sont fédérés au sein de 5 projets dits fédérateurs (PF). Ces PF concrétisent les domaines dans lesquels l'IJL se veut à la pointe des travaux en science et ingénierie de la matière et des matériaux :

• STeFi : Sciences et techniques de la fusion-ITER pour ce qui est de la modélisation et de la simulation numérique de la turbulence du plasma thermonucléaire, l'interaction plasma-paroi, la structure mécanique du réacteur, et les matériaux et assemblages soumis à une très forte irradiation neutronique. Tous ces travaux sont effectués en collaboration très étroite avec diverses équipes du CEA.
• STAN : Spectroscopie, théorie et application aux nanostructures, un domaine d'excellence ancien à Nancy, mais dont le renouveau intervient à l'IJL grâce, d'une part à de nouvelles méthodes spectroscopiques, par exemple la UPS haute résolution dont l'IJL possède un des rares instruments au monde, et d'autre part en couplant sous ultravide les moyens d'élaboration et de préparation des surfaces, spectromètres et autres instruments de caractérisation.
• Jacques Callot, nom de code du PF destiné à coordonner les recherches sur la conception, la fabrication et la caractérisation de nanomatériaux et de nano-dispositifs originaux exploitant notamment l'électronique de spin et les ondes acoustiques de surface. Des débouchés industriels ont déjà été produits. Ce PF souhaite étendre son champ d'investigation vers les nanomatériaux pour la vectorisation médicale et les interfaces inorganiques-organiques d'une part, et vers la micro-fluidique de l'autre. Ce PF est le cœur du dispositif C'Nano Grand Est (avec Strasbourg, Dijon, Besançon, Saarbrücken) et formalise la priorité de développement de l'IJL en matière de diversification du tissu industriel lorrain.
• M2E : Matériaux pour la maîtrise de l'énergie, un domaine dont l'importance comme l'urgence sont exacerbées par les impératifs du développement durable. L'objet est d'inciter, de coordonner et de rendre plus visibles les recherches de l'IJL touchant à l'économie de l'énergie et à la génération propre et durable d'énergie non-polluante : thermoélectricité, stockage et désorption de l'hydrogène, économie d'énergie par isolation thermique, réduction du frottement ou de la corrosion, matériaux à très haute température de fonctionnement, recyclage des matériaux et analyse du cycle de vie, etc.
• M2P3 : Métallurgie prédictive, basée sur la simulation numérique, des procédés d'élaboration et de traitement des matériaux métalliques, de leur influence sur les propriétés et les performances de ces matériaux, avec comme objectif lointain mais désormais accessible d'établir une métallurgie sur ordinateur capable de prédire l'ensemble de la chaîne, allant de l'élaboration aux performances finales des alliages métalliques.

Machine de torsion instrumentée • Banc de détermination des constantes élastiques • Banc d’essai de multifissuration (flexion 4-points) • Scléromètre revtest • 2 Profilomètres 3D • Tribomètre d’étirage plan • Tribomètre pion/disque • Tribomètre multipasses triboscopique • Ultramicroduromètre CSEM • Microscope à force atomique • Microscopes électroniques à balayage et à transmission analytiques • Diffracteurs de rayon X • Chromatographes en phase gazeuse • Spectromètres de masse • Spectromètres d’émission optique • Thermobalance instrumentée avec trempe • Réacteurs sous vide de traitements de surface assistés par plasma (PVD, CVD, MPECVD, nitruration ionique) ou post décharge micro-onde • Fours de traitements thermiques sous vide ou sous atmosphère contrôlée • Calcul scientifique • Accès au centre de calcul numérique intensif • Logiciels de modélisation • Analyseurs ioniques SIMS • Mesures d’effet Hall, résistivité, pouvoir thermoélectrique (80-400 K) • Croissance cristalline (Bridgman et THM) • Laser nano/picoseconde • Machines d’essais mécaniques à très haute température (2000°C) • Topographie aux rayons X (micromachines d’essais pour observation in situ) • Machines d’essais mécaniques à pilotage vidéométrique • Pulvérisation centrifuge, Réacteur d’élaboration de poudres ultrafines • Spectromètre de photoémission à haute résolution, STM (microscope à effet Tunnel) spectroscopique à basse température • Enceintes de croissance par "épitaxie par jet moléculaire" (MBE) • ESCA, instrumentation de diffraction de surface : RHEED, LEED, Auger, STM • Four de fusion et coulée sous vide VIM (15 kg) - Four d’élaboration par bombardement électronique (ALD) - Dispositifs de trempe en solidification dirigée - Solidification rapide - Maquettes transparentes - Elaboration d’alliages amorphes - Moyens de traitements thermiques (7 fours de 10 à 50 Kw de 600 à 2400°C sous vide ou atmosphère contrôlée) - Refroidissements pilotés en temps réel - Dilatométrie haute température (NETZSCH DIL402C) - Dilatomètres à cycles rapides haute température - Simulateurs d’essais thermomécaniques (DITHEM) - Microscopie optique - Analyseur d’images - Microsonde (SX50) - Spectrométrie Mössbauer - Spectromètre de masse Kenos KMS200 - Analyse par diffractométrie X jusqu’à 1000°C - Analyses de contraintes et de textures - Analyseurs thermiques et enthalpiques différentiels Setaram (DSC121, MultiHTC, SETSYS ATD) - Chromatographie en phase gazeuse - Thermobalances 1600°C et 2400°C - Thermoanalyseur TAG24 - Mesure de diffusivité thermique par méthode flash (20 à 1500°C) - Méthode de Sieverts à volume constant et pression constante pour l’étude des interactions gaz/métal liquide - Broyeurs à sec à régime discontinu - Préparation de poudre par broyeur humide - Presses de frittage sous vide secondaire (20°C - 1600°C) et sous vide primaire ou atmosphère contrôlée (20°C - 1200°C) - Presse à froid - Picnomètre - Mesure d’énergie de surface - Tribomètre pion-disque disque - Plate-forme d'élaboration et d'analyse des surfaces (XPS, UPS, STM, AFM, LEED, RHEED, ISS) - Calcul scientifique (stations HP, cluster PC) - Logiciels de modélisation (Sysweld, Forge2 TTT, ZeBuLon, Phoenics, Fluent, Thermocalc) - Microbilleuse - Four Pirox - Four à arc - Détecteur de fuites à He - Métallographie et essais de dureté.