Le composé ZnGeP2, sous sa forme monocristalline, est un matériau remarquable et très prometteur dans le domaine optique infrarouge: il est transparent jusqu'à 10-12 µm et, du fait de sa biréfringence positive, il possède des propriétés optiques non linéaires très efficaces.



L'amélioration des propriétés de transparence dans le domaine IR de ce matériau est ainsi un défi à la fois scientifique et technique. Cependant la présence de défauts issus de la synthèse induit des bandes d’absorption limitant ses propriétés physiques. L’irradiation pourrait être un nouveau moyen pour modifier la nature et la concentration des défauts responsables des processus d’absorption dans ce composé.



L’objectif de ce travail de thèse est donc de définir les conditions d’irradiation optimales en terme de fluence, nature et énergie des particules, température d’irradiation pour améliorer les propriétés dans le domaine IR. Dans ce but, une méthode quantitative telle que la résonance paramagnétique électronique sera utilisée afin de déterminer les mécanismes de production de défauts d’irradiation et leurs interactions avec les défauts de la synthèse. En parallèle de l'irradiation, le procédé de croissance de ZnGeP2 sera optimisé.

De nos jours, de nombreuses technologies reposent sur des dispositifs optiques ou optoélectroniques intégrant des verres de silice en raison de ses propriétés exceptionnelles (ultra-transparence dans la gamme UV-NIR, haute résistance mécanique, faible dilatation thermique). La compréhension du comportement de la silice dans des conditions extrêmes (hautes pressions, irradiation) reste un enjeu pour un grand nombre d'applications dans le domaine du nucléaire et de l'espace. Il est possible par indentation ou par compression hydrostatique de densifier de manière permanente la silice à des valeurs limites autour de 20% (à 25 GPa) en raison du grand volume libre de ce verre. La densification de la silice par irradiation est également possible. Nous avons récemment montré l'existence d'un seul polymorphe de silice (densité 2,26 g / cm3) obtenu quel que soit l'état initial de la silice après irradiation à très fortes doses (typ> 10 GGy pour des électrons de 2,5 MeV). Mais à ce stade, on ne sait pas si cette phase amorphe est unique et identique à la phase dite "métamictique" obtenue après irradiation et amorphisation des polymorphes cristallins de la silice (quartz, coésite, etc.). Cette thèse se concentrera sur les phases de silice denses telles que cette phase mectamictique et des couches minces de silice. Nous nous attacherons à caractériser leur structure et leurs propriétés comme les propriétés mécaniques.

L'intégration de nanoparticules (NPs) dans une matrice polymère et leur exposition à des conditions particulières peut conduire à un processus d'auto-assemblage, passant d'un état désordonné à des structures et des motifs organisés. Le processus d'auto-assemblage de NPs magnétiques est associé aux interactions entre dipôles qui ont tendance à s'aligner spontanément le long des lignes du champ magnétique externe. Le contrôle de la formation de ces nanochaînes est essentiel pour exploiter leurs propriétés. En raison de la complexité de ces systèmes, aucun modèle rigoureux n’existe pour les décrire complètement. La première étape de la thèse sera consacrée au développement d’un code de dynamique moléculaire spécifique reposant sur un modèle décrivant les interactions de NPs paramagnétiques avec un champ magnétique. Le but sera de rendre compte du comportement générique de ce type de systèmes. La seconde étape de la thèse sera d’étendre le code et le modèle d’interaction au cas de NPs ferromagnétiques. La troisième étape permettra d’orienter les expériences de laboratoire en réalisant des simulations numériques afin de prédire le comportement de ces NPs dans différentes conditions.

Lors d’urgence radiologique de grande ampleur, il est nécessaire de disposer de méthodes permettant d’identifier parmi la population les personnes ayant été exposées et nécessitant une prise en charge immédiate. Il n’existe pas de méthodes opérationnelles à ce jour. Les verres des écrans tactiles des smartphones gardent en « mémoire » la trace d’une irradiation aux rayonnements ionisants par le biais de la formation de défauts dits « radio-induits ». La mesure et la quantification de ces défauts ponctuels notamment par spectroscopie à résonnance paramagnétique électronique (RPE) permet d’estimer la dose déposée dans le verre et donc de d’estimer l’exposition associée à l’irradiation. Toutefois ceci n’est pas aisé puisque la plupart des défauts ne sont pas stables et dépendent du type de verre. L’objectif de cette thèse est de proposer des approches ou méthodes permettant de quantifier les défauts ou une partie des défauts susceptibles d’être relier à la dose délivrée. Les défauts qui ne sont pas induits par les UV seront à privilégier.