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Les sujets de thèses

72 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 25-05-2018


• Biophysique moléculaire

• Chimie

• Chimie analytique

• Chimie physique et électrochimie

• Instrumentation

• Interactions rayonnement-matière

• Matière molle et fluides complexes

• Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux

• Physique atomique et moléculaire

• Physique des plasmas et interactions laser-matière

• Physique du solide, surfaces et interfaces

• Physique mésoscopique

 

Couplage entre degrés de liberté de spin et de réseau dans des systèmes magnétiques non conventionnels

SL-DRF-18-0726

Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

Sylvain PETIT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Sylvain PETIT

CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

Sylvain PETIT

CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Page perso : http://www-llb.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=spetit

Labo : http://www-llb.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=530

Le but principal de la thèse est de mieux comprendre les mécanismes de couplage entre degrés de liberté de spin et de réseau dans des systèmes magnétiques non conventionnels; plus spécifiquement on s'intéresse à des systèmes modèles 1D, notamment SrCuO2, et on se propose d'étudier les propriétés de conduction thermique extraordinaires de ces matériaux. Dans ce but, on se propose de caractériser la conductivité thermique et de relier son évolution aux spectres des excitations de réseau (les phonons) ainsi que des excitations magnétiques, par diffusion de neutrons. On cherchera à mettre en évidence les interactions éventuelles entre les deux types d’excitations. Une large part de ce travail de thèse sera consacré à la modélisation des comportement observés. Ces travaux seront effectués en collaboration avec l’ICMMO (Paris XI).

Nouvelle génération de batteries Li-air basées sur l’utilisation de MOFs (Metal Organic Frameworks)

SL-DRF-18-0302

Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire d'étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Suzy SURBLE

Hicham KHODJA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Suzy SURBLE

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

+ 33 1 69 08 81 90

Directeur de thèse :

Hicham KHODJA

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

01 69 08 28 95

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/suzy.surble/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/leel/

Dans un contexte de demande croissante en stockage mobile d’énergie, les recherches se concentrent pour trouver une alternative aux problèmes énergétiques. Les batteries Li-ion sont ainsi devenues les batteries de référence notamment pour les appareils électroniques grand public. Cependant, leurs performances en termes de capacité et d’énergie spécifiques semblent atteindre leurs limites et seront insuffisantes pour les besoins à long terme de notre société. Il s’avère donc nécessaire de développer une nouvelle technologie de batteries offrant de nouvelles perspectives en matière de capacité de stockage et de sécurité en particulier dans le domaine de l’automobile. La technologie Li-air offre des perspectives très prometteuses (densité énergétique de 1700 Wh/kg vs 160 Wh/kg pour les batteries Li-ion actuelles). Cependant, un certain nombre de verrous doit encore être levé, le plus important étant la perte rapide des performances après seulement quelques cycles de charge/recharge. L’utilisation de solides de type MOF (Metal Organic Framework) apparait par ailleurs comme une percée dans le domaine de l’électrochimie. Ces derniers composés présentent une faible densité, une grande surface spécifique et une forte porosité. Leur structure avec une charpente ouverte fournit non seulement un réseau hôte pour la diffusion des ions lithium et une bonne diffusion de l’oxygène, mais aussi un espace suffisant pour le dépôt des produits de décharge.

L’objectif de la thèse sera de synthétiser de nouveaux matériaux de type MOFs susceptibles d’avoir de bonnes performances électrochimiques. Des techniques classiques telles que la diffraction des rayons X, des mesures électrochimiques et d’impédance seront utilisées pour caractériser ces matériaux. Pour les structures les plus prometteuses, un travail d’optimisation de la formulation de l’électrode sera mené afin d’obtenir un assemblage complet de batterie Li-air.

Mots clés : batterie lithium-air, MOFs (Metal Organic Frameworks), caractérisations structurale et électrochimiques

Compaction de l'ADN par une protéine amyloide bactérienne

SL-DRF-18-0270

Domaine de recherche : Biophysique moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe Biologie et Systèmes Désordonnés

Saclay

Contact :

Véronique ARLUISON

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Véronique ARLUISON

Université Paris VII - DRF/IRAMIS/LLB/GBSD

01 69 08 32 82

Directeur de thèse :

Véronique ARLUISON

Université Paris VII - DRF/IRAMIS/LLB/GBSD

01 69 08 32 82

Page perso : http://www-llb.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=varluiso

Labo : http://www-llb.cea.fr/

Voir aussi : https://www.synchrotron-soleil.fr/

Dans la cellule bactérienne, le matériel génétique est dans un état compacté et condensé. Par exemple, le nucléoïde, c’est à dire la structure qui contient le chromosome bactérien associé à des protéines, est typiquement de l’ordre quelques centaines de nanomètres, alors que la longueur de l'ADN est d'environ 1 mm. Le génome est donc compacté par un facteur mille environ. L’objectif de ce projet de thèse consiste à coupler différentes méthodes pour caractériser les structures nucléoprotéiques bactériennes. Cette approche multidisciplinaire sera développée au sein du laboratoire Léon Brillouin au CEA en collaboration avec un groupe du synchrotron SOLEIL (ligne DISCO). L’étudiant recruté étudiera particulièrement une nouvelle façon de structurer l'ADN utilisant une protéine bactérienne formant des structures amyloïdes, appelée Hfq. La condensation de l'ADN induite par les protéines amyloïdes associées aux neuropathologies a déjà été décrite, mais ici, la région amyloïde de Hfq sert la physiologie de la cellule en permettant d’assurer la compaction de l'ADN in vivo. Analyser l’interaction de Hfq avec l'ADN s’avère donc primordial afin de mieux comprendre la compaction du chromosome bactérien et ses conséquences fonctionnelles. Les retombées attendues pour ce projet de thèse seront doubles, du point de vue du développement méthodologique pour l'analyse des nanostructures nucléoprotéiques et des perspectives pour la mise au point de nouveaux antibiotiques.

Films polymères bactériostatiques

SL-DRF-18-0680

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Geraldine CARROT

Marie-Noelle BELLON-FONTAINE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Geraldine CARROT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 21 49

Directeur de thèse :

Marie-Noelle BELLON-FONTAINE

AgroParisTech - MICALIS/ INRA/ AgroParisTech

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=carrot

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

La prolifération microbienne représente une importante préoccupation dans de nombreuses applications commerciales, en particulier l'emballage alimentaire où la détérioration du produit est étroitement liée à des enjeux à la fois économiques et environnementaux (diminution des déchets alimentaires en augmentant la DLC, date limite de consommation). Dans ce domaine particulier, le défi est double: 1-limiter la croissance de la flore totale (pour éviter la prolifération responsable de la détérioration), et 2-préserver une certaine quantité de bactéries endogènes utiles pour une maturation favorable du produit alimentaire frais. L'effet attendu est donc davantage bactériostatique que purement antibactérien. Nous avons besoin de matériaux qui combinent à la fois des propriétés attractives et biocides. Dans ce contexte, les polymères cationiques stables sont particulièrement intéressants (faible CMI en solution, Concentration Minimale d'Inhibition). Le challenge ici sera de développer une méthode de greffage ou de fonctionnalisation robuste et efficace afin d’incorporer des polymères sur divers substrats tels que le verre, l'inox et en particulier, les polyoléfines qui sont largement utilisés dans les emballages alimentaires. Ce projet de thèse implique deux Laboratoires académiques: CEA/NIMBE-LICSEN, expert en chimie de surface et AgroParisTech/INRA-MICALIS spécialisé dans l'étude de la bio-adhésion et des biofilms. Des partenaires industriels sont également impliqués dans ce projet.

Matériaux poreux innovants pour l’analyse glycomique en milieu hospitalier.

SL-DRF-18-0235

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Laurent MUGHERLI

Martine Mayne

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Laurent MUGHERLI

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169089427

Directeur de thèse :

Martine Mayne

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01 69 08 48 47

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=lmugherl

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/

Voir aussi : http://joliot.cea.fr/drf/joliot/Pages/Entites_de_recherche/medicaments_technologies_sante/spi.aspx

La structure et la fonction des protéines peuvent être modulées par de nombreuses modifications structurales. La glycosylation est une des principales modifications post-traductionnelles, car on estime qu’environ 50% des protéines eucaryotes sont glycosylées, cette proportion pouvant atteindre 70% pour les protéines humaines. La glycosylation d’une protéine correspond à l’attachement d’un monosaccharide ou d’une chaîne oligosaccharidique à un ou plusieurs acides aminés constitutifs d’une protéine donnée. Il est désormais bien établi que la glycosylation des protéines est fortement modifiée lors de diverses pathologies comme le cancer ou la polyarthrite rhumatoïde. Ainsi, la nature et les proportions relatives des oligosaccharides liés aux protéines pourraient être utilisées comme paramètres déterminants pour diagnostiquer, pronostiquer voire suivre le développement de pathologies.



L’analyse glycomique consiste à établir le profil des oligosaccharides présents sur l’ensemble des glycoprotéines présentes dans un fluide biologique d’intérêt. Des techniques modernes et pointues sont indispensables pour l’analyse à haut débit et le traitement des données, mais la préparation des échantillons, tout aussi importante, se fait encore avec des méthodes souvent très chronophages. L’objectif de cette thèse est de montrer que l’utilisation de matériaux innovants appliqués à la préparation d’échantillons pour l’analyse glycomique constitue un moyen pertinent pour accélérer significativement le débit des analyses, et d’employer ces matériaux dans des études en lien avec le milieu hospitalier afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs de pathologies.



Le projet de recherche consistera en l'élaboration et la caractérisation de deux types de matériaux, l’un présentant une fonction catalytique, l’autre une fonction de filtration. Plusieurs aspects seront traités, allant de la synthèse des matériaux à la caractérisation de leurs propriétés texturales et physico-chimique. Les matériaux biohybrides nanoporeux seront synthétisés par le procédé Sol-Gel, selon différentes formulations et mises en forme. Les fonctions des matériaux mis au point seront évaluées dans un protocole d’analyse glycomique en vérifiant l’obtention de profils oligosaccharidiques de biofluides (e.g. plasma, liquide céphalorachidien). La caractérisation physique sera l’occasion de pratiquer des techniques variées, telles que la profilométrie, le MEB/MET, ou la caractérisation des paramètres de porosité par l’établissement d’isothermes d’adsorption de gaz. L’analyse des oligosaccharides sera réalisée par spectrométrie de masse à haute résolution (essentiellement MALDI-TOF).



Pour ce projet de thèse pluridisciplinaire, nous recherchons un(e) étudiant(e) chimiste ou physico-chimiste, intéressé(e) par la chimie des matériaux et motivé(e) par les applications de la recherche fondamentale dans le domaine des nouvelles technologies pour la santé. La thèse devra idéalement débuter en octobre 2018 et sera effectuée dans deux laboratoires, le laboratoire édifices nanométriques pour la partie matériaux et le laboratoire d’étude du métabolisme et du médicament pour l’utilisation des matériaux en analyse glycomique. L’activité de recherche sera menée dans le centre de recherche de Saclay (91).

Nano-objets polymères radiosensibles

SL-DRF-18-0681

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Geraldine CARROT

Jean-Philippe RENAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Geraldine CARROT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 21 49

Directeur de thèse :

Jean-Philippe RENAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 50

Ce projet repose sur le développement de nouveaux systèmes de relargage de principes actifs basés sur la dégradation de polymères par irradiation. Ce type de stimulus n'a jamais été exploré auparavant, pour de telles applications. Cela permet d'envisager un vrai couplage radiothérapie/ chimiothérapie qui se différencie du simple relargage ciblé. L'objectif est de réaliser la synthèse d'une bibliothèque de copolymères amphiphiles originaux, avec un bloc polymère soluble dans l'eau/biocompatible, et un autre bloc hydrophobe/radiosensible. L'auto-assemblage dans des micelles ou des vésicules mènera à des objets avec un coeur radiosensible où sera localisé le principe actif. Le premier avantage de ces nouveaux systèmes est de contrôler plus finement le ciblage des principes actifs vers les cellules tumorales afin de limiter les effets secondaires liés à la chimiothérapie et la radiothérapie, via la position du faisceau d'irradiation et/ou les doses absorbées.

Réducteurs renouvelables à base de bore et de silicium pour la reduction du CO2

SL-DRF-18-0444

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire de Chimie Moléculaire et de Catalyse pour l'Energie (LCMCE)

Saclay

Contact :

Thibault CANTAT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Thibault CANTAT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 43 38

Directeur de thèse :

Thibault CANTAT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 43 38

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/index.html

Labo : http://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/index.html

La valorisation de ressources carbonées renouvelables, telles que CO2 et la biomasse, nécessite l'utilisation de réducteurs réactifs, recyclables et efficaces en énergie. Le dihydrogène ne répond pas complètement à ce cahier des charges du fait de sa faible réactivité et de son potentiel rédox limité. Pour contourner ces limitations, l'utilisation des hydrures de bore et de silicium est une voie attrayante mais qui nécessite de développer des méthodes d'accès à ces réactifs qui soient énergétiquement viables. Tandis que ces composés sont actuellement produits via des procédés énergivores, le présent projet doctoral vise les premières méthodes de synthèse des hydrures de bore et de silicium par voie électrocatalytique.

Une approche intégrée pour caractériser les protéines sur les billes d'immunodosage.

SL-DRF-18-0862

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Jean-Philippe RENAULT

Serge PIN

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Jean-Philippe RENAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 50

Directeur de thèse :

Serge PIN

CNRS - UMR 3299

01 69 08 15 49

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=jrenault

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Le premier objectif de la recherche proposée sera de développer une approche intégrée (physique et biochimique) pour la quantification de la couverture protéique sur des particules magnétiques poreuses fonctionnalisées par anticorps. Un second sera la caractérisation systématique de la fonctionnalité d'anticorps une fois greffés sur la structure poreuse.



Cette approche servira à mettre en évidence le potentiel d'immunocapture de substrat technologique à base de ces microsphères magnétiques comparé aux surfaces solides usuellement utilisées dans les applications diagnostiques et biomédicales.

Analyse in situ d’une batterie à flux redox organique par résonance magnétique et fabrication additive

SL-DRF-18-0330

Domaine de recherche : Chimie analytique
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM)

Saclay

Contact :

Lionel DUBOIS

Patrick BERTHAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Lionel DUBOIS

CEA - DSM/INAC/SyMMES/CAMPE

04 38 78 92 57

Directeur de thèse :

Patrick BERTHAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 42 45

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/patrick.berthault/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/

Dans le projet de thèse nous souhaitons mettre à profit nos avancées récentes en impression 3D combinée au développement de systèmes intégrés dynamiques en résonance magnétique nucléaire pour étudier par RMN des systèmes en fonctionnement et réaliser des expériences in situ ou operando. Nous souhaitons appliquer ces développements selon un axe de recherche important du domaine de l’énergie : l’identification et l’étude des migrations de différentes espèces moléculaires générées lors du fonctionnement d’une batterie à flux redox organique (RFBO).



Pour cela il sera nécessaire de construire une mini batterie qui puisse être intégrée au sein d’un aimant classique de RMN. Le flux de chacun des compartiments sera géré au moyen de notre approche de mini-pompe à bulle breveté. Ici la modularité de notre système nous permettra à faible coût de suivre par spectroscopie et imagerie différentes espèces moléculaires en plusieurs positions de la batterie. Les composants et la géométrie seront adaptés aux cellules d'écoulement organique, le but principal étant de comprendre et d'analyser le mécanisme de dégradation et les produits de la molécule redox (dérivés anthraquinones) sur le cycle redox.



Les travaux demandés au doctorant iront d'une forte implication dans la conception de la mini-batterie, à sa construction et aux études de résonance magnétique. Dans ce domaine, des protocoles dédiés et des séquences nouvelles, utilisant à la fois les techniques spectroscopiques et d'IRM récentes, devront être développés.

Couplage microfluidique digitale - ICPMS : étude d’un système d’introduction en gouttes monodisperses

SL-DRF-18-0452

Domaine de recherche : Chimie analytique
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Valérie GEERTSEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Valérie GEERTSEN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0169084798

Directeur de thèse :

Valérie GEERTSEN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0169084798

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/valerie.geertsen/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=projets&id_ast=2800

Dans le cadre du projet CEA transverse de compétences d’instrumentation et détection, est mis au point un nouveau moyen d’introduction d’échantillons pour la spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif (ICPMS : Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry - projet Cleverest).



L’échantillon est introduit sous la forme d’un train de gouttes monodisperses dont la taille et la vitesse sont contrôlés. Ces gouttes sont obtenues au sein d’une émulsion par microfluidique digitale. Chaque goutte est analysée par ICPMS. Cette introduction en gouttes monodisperses constitue une opportunité unique de mieux comprendre les phénomènes qui gouvernent l’ionisation dans la source plasma des spectromètres ICP en particulier par le contrôle de la taille et du nombre de goutte.



Le travail de thèse consistera à préparer et étudier des géométries de systèmes microfluidiques digitaux destinés à produire des gouttes de taille définie. Le couplage de ces microsystèmes avec la spectrométrie ICP constituera le cœur du sujet et doit permettre de proposer des voies d’optimisation de l’ionisation ICP afin d’accroitre la sensibilité des instruments. L’étude s’attachera dans un premier temps aux échantillons homogènes avant d’aborder l’encapsulation de nanoparticules uniques dans les gouttes et l’analyse séquentielle de celles-ci (Single Particle ICPMS).



Ce travail très interdisciplinaire implique un goût du travail en équipe ainsi qu’une importante curiosité scientifique et un esprit d’ouverture. L’aspect fortement instrumental de la thématique nécessite un goût de l’expérience et de l’instrumentation. Une compétence du candidat en microfabrication, impression 3D ou chimie analytique serait fortement appréciée.

Activité catalytique de couches actives sans platine pour piles à combustible à membrane d'échange de protons (PEMFC)

SL-DRF-18-0895

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Renaud CORNUT

Bruno JOUSSELME

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Renaud CORNUT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 91 91

Directeur de thèse :

Bruno JOUSSELME

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169089191

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/renaud.cornut/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

L’avenir de notre approvisionnement en énergie dépend de notre capacité à innover dans la mise au point de systèmes de conversion et de stockage de l’énergie. Dans ce domaine, les matériaux électrocatalytiques sont la pierre angulaire de nombreux défis -en particulier pour les piles à combustible- car ils offrent des solutions adaptées pour effectuer efficacement des réactions chimiques complexes. Le projet introduit et met en œuvre une nouvelle stratégie s’appuyant sur la microscopie électrochimique et la simulation numérique pour trouver de nouvelles briques élémentaires à bas coût: l’analyse combinée de nano-objets permettra d'identifier de nouvelles espèces électrocatalytiques, ce qui permettra au final de proposer des dispositifs ayant des performances améliorées.

Dynamique de relaxation électronique résolue en conformation et multi-échelle de molécules flexibles

SL-DRF-18-0775

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Lionel POISSON

Eric GLOAGUEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Lionel POISSON

CNRS-UMR9222 - DSM/IRAMIS/LIDYL/DYR

01 69 08 51 61

Directeur de thèse :

Eric GLOAGUEN

CNRS - DSM/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 35 82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/34/lionel.poisson.html

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/index.php

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/70/eric.gloaguen.html

Les molécules flexibles sont omniprésentes dans la Nature (protéines, sucres, ...) et sont sources de nombreuses applications (médicaments, machines moléculaires, ...). Par définition, ces molécules existent sous plusieurs conformations qui possèdent chacune des propriétés physiques, chimiques ou biologiques pouvant varier grandement d'une conformation à l'autre. Parmi celles-ci, la photoexcitation et la relaxation des états électroniques sont particulièrement sensibles à la conformation: la durée de vie du premier état électronique excité peut, par exemple, varier de plusieurs ordres de grandeurs suivant la conformation adoptée. Toutefois, la mise en évidence expérimentale de tels effets conformationnels sur les états excités reste rare en raison de la difficulté à étudier spécifiquement une conformation présente dans un mélange conformationnel. Cette thématique reste donc encore peu documentée malgré un besoin de résultats expérimentaux pour aider au développement des modèles théoriques, et un manque de compréhension dans un domaine où les enjeux fondamentaux (intersections coniques, phénomènes ultrarapides) et applicatifs (photostabilité, transfert d'énergie) sont importants.



Dans ce contexte, le laboratoire LIDYL réunit plusieurs dispositifs expérimentaux permettant une étude originale multi-échelle (ns-fs) et résolue en conformation de la dynamique de relaxation électronique de systèmes moléculaires flexibles. Le programme de recherche portera principalement sur des systèmes d'intérêt biologiques et des complexes moléculaires, et consistera à :



- Mettre en évidence des processus dynamiques dépendant de la conformation afin de rationaliser les observations

- Caractériser des espèces jusque-là inaccessibles aux techniques de détection classiques.

Etude par microscopie électrochimique du transport multiphase dans une couche électrocatalytique.

SL-DRF-18-0442

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Renaud CORNUT

Bruno JOUSSELME

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Renaud CORNUT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 91 91

Directeur de thèse :

Bruno JOUSSELME

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169089191

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/renaud.cornut/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

L'émergence de l'hydrogène comme vecteur d'énergie doit contribuer à stopper la pollution due à l'usage de sources d'énergie carbonées dans les transports. Dans les véhicules la conversion en électricité est obtenue par des piles à combustible à membrane échangeuse de proton.



Le but du projet est de rendre celles-ci compatibles avec le marché de masse en surmontant les verrous associés aux cathodes par l’utilisation de nano-objets catalytiques sans métaux nobles. Dans cette approche, il existe une grande diversité de nano-objets, d’additif, et de conditions de mise en forme si bien que la stratégie optimale est très difficile à trouver. Nous allons mettre en place une plateforme électroanalytique pour évaluer en routine les propriétés électrochimiques effectives de matériaux multifonctionnels utilisés dans les piles à combustible, puis produire différents matériaux de manière combinatoire dont l'analyse va permettre de rationaliser les différentes étapes de synthèse des matériaux et d'optimiser leurs performances -avec une attention particulière au vieillissement.

Supercondensateurs à haute énergie et pseudo-supercondensateurs à base de matériaux dopables p et n

SL-DRF-18-0799

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Mathieu PINAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Mathieu PINAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01-69-08-91-87

Directeur de thèse :

Mathieu PINAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01-69-08-91-87

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/mathieu.pinault/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/

Voir aussi : https://www.u-cergy.fr/fr/laboratoires/lppi/themes-de-recherche/theme-ii.html

La méthode de CVD (Chemical Vapour Deposition) à partir d’aérosols développée au CEA Saclay permet d’obtenir des tapis denses de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) notamment sur support d’aluminium. Les applications de ces matériaux nanostructurés sont prometteuses en particulier dans le domaine du stockage électrochimique de l’énergie en utilisant soit les nanotubes seuls (application ciblée puissance), soit en les associant à des polymères conducteurs électroniques (PCE, application ciblée énergie). En collaboration avec l’Université de Cergy-Pontoise (Laboratoire LPPI), nous chercherons à améliorer ces performances en travaillant sur les matériaux d’électrode. Des avancées significatives ont d’ores et déjà pu être acquises sur l’électrode positive et l’objectif est maintenant de travailler sur la négative et en particulier sur le dopage des différents éléments la constituant ou les post traitements. Nous chercherons ainsi dans un premier temps à développer la croissance contrôlée de NTC alignés contenant des hétéroatomes (N, B) sur des supports d’intérêt pour l’élaboration d’électrodes de supercondensateurs tout en contrôlant leurs caractéristiques (longueur, diamètre, densité). En parallèle nous associerons les NTC alignés avec des polymères conducteurs dopés n par dépôt électrochimique. Ces nouvelles électrodes nanostructurées seront étudiées et associées pour réaliser des supercondensateurs sous forme de pile bouton afin d’en déterminer leur performances Energie/Puissance.

Microfluidique et micro-détection RMN pour le suivi en temps réel de réactions chimiques

SL-DRF-18-0873

Domaine de recherche : Instrumentation
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM)

Saclay

Contact :

Patrick BERTHAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Patrick BERTHAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 42 45

Directeur de thèse :

Patrick BERTHAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 42 45

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/patrick.berthault/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/

Voir aussi : http://www.cortecnet.com

Un grand nombre de processus chimiques sont complexes, et nécessitent pour leur optimisation de comprendre les mécanismes réactionnels par l'observation en temps réel des composés intermédiaires et des produits finaux. La RMN peut s'acquitter de cette tâche, mais cela nécessite de prendre en compte plusieurs aspects : pallier le manque de sensibilité intrinsèque à la technique, rapprocher le plus possible la zone de détection du réacteur de synthèse et pouvoir quantifier précisément les données obtenues.



Récemment les chercheurs du LSDRM ont inventé et breveté un dispositif de RMN imprimé en 3D basé sur une mini pompe à bulles associée à de la fluidique et à une micro-détection, installable sur une sonde commerciale à l'intérieur de l'aimant RMN. Une version d'insert branché sur une sonde de micro-imagerie et une version utilisant un couplage inductif entre la micro-bobine et la bobine commerciale (WIFI-NMRS, pour 'Wireless Inductive coupling & Flow for Increased NMR Sensitivity) ont été développées.



Le système permet une amélioration significative du signal RMN pour les noyaux relaxant lentement, puisque les constituants du mélange réactionnel sont situés dans un champ magnétique proche de celui de l'étude RMN, permettant ainsi une pré-polarisation de l'ensemble de la solution. De plus, grâce au mouvement contrôlé du flux, entre deux scans les spins frais remplacent ceux précédemment excités dans la région de détection ; il n'est donc pas nécessaire d'attendre plusieurs fois le temps de relaxation.



L'objectif de cette thèse est de développer un système complet de suivi in situ des synthèses chimiques par RMN afin de fournir aux chimistes organiciens un instrument de mesure indispensable dans leurs activités quotidiennes. L'étudiant s'intéressera d'abord au développement et à l'optimisation d'un dispositif comprenant l'insert micro-RMN situé au niveau de la sonde RMN et constitué d'un circuit microfluidique imprimé en 3D basé sur une mini pompe à bulles et une pompe à seringue programmable, une radiofréquence micro-bobine et le circuit d'accord associé. Dans un deuxième temps, il aura en charge la conception du module complet comprenant, en plus de l'insert micro-RMN et de l'injecteur microfluidique décrits ci-dessus, un réacteur placé au-dessus ou à côté de la bobine de détection. Il/elle participera à la conception de nouvelles séquences RMN permettant de tirer le meilleur profit de ces développements instrumentaux.

Contrôle spatio-temporel de la génération d'harmoniques dans les semiconducteurs pour l'émission d'impulsions attosecondes

SL-DRF-18-0961

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Willem Boutu

Hamed MERDJI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Willem Boutu

CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL/ATTO

0169085163

Directeur de thèse :

Hamed MERDJI

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169085163

Page perso : http://iramis.cea.fr/LIDYL/en/Phocea/Pisp/index.php?nom=willem.boutu

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=1149

La nano-photonique ultrarapide est un domaine scientifique émergeant grâce aux progrès extraordinaires de la nanofabrication et des lasers ultrabrefs. La stimulation de champs électriques extrêmement intenses dans des dispositifs photoniques nanostructurés a le potentiel de créer des nano-sources de photons énergétiques ou de particules ouvrant de vastes applications dans la science et dans l'industrie. L’optoélectronique s'étend depuis peu au régime hautement non linéaire. Un impact récent de cette capacité de contrôler la réponse des électrons excités dans la bande de conduction par un champ fort est l'émergence de la génération d'harmoniques élevés (HHG) dans les cristaux [1-6]. Les semi-conducteurs 2D et 3D présentent des propriétés de haute mobilité électronique qui permettent de conduire de manière cohérente des courants d'électrons intenses dans la bande de conduction. Les HHG sont émis lorsque ces électrons se recombinent vers la bande de valence. Il s'agit d'un phénomène pur non-perturbatif qui se produit efficacement dans une couche de de 10 à 100 nanomètres d’épaisseur et jusqu'à une couche atomiquement mince [5,6]. Le fort courant d'électrons à partir duquel les harmoniques prennent origine peut être manipulé dans l'espace et dans le temps. Le projet de thèse se concentrera sur la forte localisation spatiale et temporelle, à l'échelle du cycle optique unique [7,8], du processus de génération d'harmoniques. Ce contrôle peut non seulement révolutionner la science attoseconde mais aussi préparer une nouvelle génération de dispositifs ultrarapides UV/visibles à des systèmes optoélectroniques à rayons X cohérent. Basé sur l'expertise, les ressources expérimentales et théoriques du groupe, le candidat cherchera des moyens efficaces de renforcer le régime d'interaction par amplification plasmonique et confinement de champ pour la génération de sources harmoniques à l'échelle nanométrique et attoseconde dans les semi-conducteurs. Une attention particulière sera accordée aux matériaux 2D tels que le graphène, MoS2 et h-BN. La génération d'impulsions attosecondes sera également étudiée en utilisant des mesures de phase harmonique disponibles au CEA (techniques RABBITT, FROG). Nous allons également développer un échantillon original nanostructuré qui permettra de générer une impulsion attoseconde unique en se basant sur le concept du phare attoseconde.

La thèse se déroulera dans l'installation NanoLight, un tout nouveau laboratoire équipé de deux sources laser: un OPCPA intense de 100kHz, quelques cycles optiques (accordable de 1,5 à 3,4 µm) et un laser fibrée à 2µm et sur les installations ATTOLAB équipées de lasers Ti: Sa CEP- stables et équipé de métrologie attoseconde.



1. Ghimire, S. et al. Observation of high-order harmonic generation in a bulk crystal. Nat. Phys. 7, 138–141 (2011).

2. Luu, T. T. et al. Extreme ultraviolet high-harmonic spectroscopy of solids. Nature 521, 498–502 (2015).

3. Ndabashimiye, G. et al. Solid-state harmonics beyond the atomic limit. Nature 534, 520–523 (2016).

4. You, Y. S., et al. Anisotropic high-harmonic generation in bulk crystals. Nat. Phys. 13, 345–349 (2017).

5. Liu H. et al. High-harmonic generation from an atomically thin semiconductor. Nature Physics 13, 262–265 (2017).

6. Yoshikawa, N., et al. High-harmonic generation in graphene enhanced by elliptically polarized light excitation. Science, 356, 736-738 (2017).

7. Hohenleuter, M. et al. Real-time observation of interfering crystal electrons in high-harmonic generation. Nature 523, 572-575 (2015).

8. Langer, F. et al., Lightwave-driven quasiparticle collisions on a subcycle timescale. Nature 533, 225–229 (12 May 2016).

9. Franz et al. submitted to Science Advances arXiv:1709.09153

10. Shaaran, T et al. Nano-Plasmonic near Field Phase Matching of Attosecond Pulses. Scientific Reports 2017, 7, 6356.

11. Shi, L. et al. Self-Optimization of Plasmonic Nanoantennas in Strong Femtosecond Fields. Optica 2017, 4, 1038–1043.

12. Nicolas R. et al. Plasmon-Amplified Third Harmonic Generation in metal/dielectric resonators, submitted to ACS Nano (2017).

Effets d’ionisation en couche interne sur des molécules d’intérêt biologique en milieu aqueux

SL-DRF-18-0325

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Jean-Philippe RENAULT

Marie-Anne Hervé du Penhoat

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Jean-Philippe RENAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 50

Directeur de thèse :

Marie-Anne Hervé du Penhoat

UPMC - IMPMC

+33 1 44 27 72 05

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=jrenault

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Le but de cette thèse est de mieux comprendre l’impact physicochimique des ionisations en couche interne sur les molécules d’intérêt biologique. Ces évènements extrêmes, injectant des centaines d’électrons volt sur des échelles atomiques, pourraient en effet jouer un rôle majeur en radiobiologie.



Cette thèse sera conduite dans le cadre d’une collaboration entre le CEA Saclay et le synchrotron SOLEIL. Elle abordera d'une part des développements spectroscopiques pour suivre des changements structuraux dans les biomolécules ionisées et d'autre part la mise en place des irradiations avec des rayonnements X mous sur les lignes METROLOGIES et PLEIADES. Un volet simulation par dynamique moléculaire ab initio pourra de plus être développé en collaboration avec l’Université Pierre et Marie Curie.

Etude par radiolyse des processus de vieillissement dans les batteries lithium-ion

SL-DRF-18-0424

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Sophie LE CAER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Sophie LE CAER

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

Directeur de thèse :

Sophie LE CAER

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

Page perso : iramis.cea.fr/Pisp/sophie.le-caer

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=50

Les questions de vieillissement et de sécurité constituent un défi majeur dans le domaine des batteries lithium-ion. Récemment et pour la première fois, nous avons montré que la radiolyse (i.e. la réactivité induite par l'interaction entre les rayonnements ionisants et la matière) est un outil puissant pour l'identification rapide (minutes, jours) des produits formés lors de la dégradation de l'électrolyte d'une batterie lithium-ion après plusieurs semaines, voire plusieurs mois de cyclage. L'objectif de ce travail de thèse est d'étendre l'approche radiolyse :

* au criblage d'électrolytes et de combinaisons électrolytes/matériaux pour identifier les plus robustes. Les mécanismes réactionnels induits par les rayonnements ionisants seront étudiés en détails dans le cas des électrolytes les plus prometteurs;

* à l'étude détaillée des processus interfaciaux (électrode/électrolyte) pour des électrodes positives et négatives dans le cas des systèmes les plus intéressants précédemment identifiés.



Une vision globale et détaillée des mécanismes à l'œuvre dans les batteries lithium-ion en fonctionnement sera donc obtenue et les systèmes les plus résistants au rayonnement, donc à l'électrolyse, seront identifiés et étudiés.

Impulsions XUV attosecondes portant un moment angulaire : synthèse et nouvelles spectroscopies

SL-DRF-18-0221

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Thierry RUCHON

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Thierry RUCHON

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087010

Directeur de thèse :

Thierry RUCHON

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087010

Page perso : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/ATTO/

La lumière dans l’extrême ultraviolet (XUV) constitue une sonde universelle de la matière, qu’elle se présente en phase diluée ou condensée : les photons associés à cette gamme spectrale portent une énergie de 10 à 100 eV, suffisante pour ioniser directement atomes, molécules ou objets solides. De grands instruments tels les synchrotrons ou les lasers à électrons libres (LEL) fonctionnent dans cette gamme spectrale et permettent d’étudier, tant du point de vue fondamental qu’appliqué, les interactions lumière-matière dans ce régime. Cependant, ces grands instruments n’offrent pas la résolution temporelle permettant d’atteindre les échelles de temps ultimes des interactions lumière-matière, situées dans la gamme attoseconde (1as=10^-18s). Une alternative est offerte par le développement, ces dernières années, de sources XUV basées sur la génération d’harmoniques d’ordre élevé (HHG) d’un laser femtoseconde intense. Notre laboratoire a été pionnier pour le développement, le contrôle et la mise en forme de ces sources fournissant des impulsions XUV attosecondes.



Au cours de cette thèse, nous développerons des dispositifs spécifiques faisant porter à ces impulsions un moment angulaire, qu’il soit de spin ou orbital. Ceci ouvrira de nouvelles applications mettant en jeu des spectroscopies résolues en temps ignorées à ce jour. L’accent sera mis, d’une part sur les aspects fondamentaux des couplages de moment angulaires de spin et orbitaux de la lumière dans le régime hautement non linéaire, d’autre part sur des applications de physique attoseconde, en phase diluée ou condensée. En particulier, nous chercherons à mettre en évidence des dichroïsmes hélicoïdaux, qui se manifestent par des absorptions différentes de faisceaux portant des moments angulaires orbitaux opposés. Ces effets restent très largement ignorés à ce jour.



L’étudiant(e) acquerra une pratique de l’optique des lasers, en particulier femtoseconde, et des techniques de spectrométrie de particules chargées. Il (elle) étudiera également les processus de physique des champs forts sur lesquels se basent la génération d'harmoniques élevées. Il/elle deviendra un(e) experte de la physique attoseconde. L’acquisition de techniques d’analyse approfondie, d’interfaçage d’expérience seront encouragées même si non indispensables.



Sujet complet disponible à http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/.

Impulsions attosecondes accordables pour l’étude des dynamiques de photo-ionisation

SL-DRF-18-0844

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Pascal SALIERES

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Pascal SALIERES

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169086339

Directeur de thèse :

Pascal SALIERES

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169086339

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/pascal.salieres/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/ATTO/

Voir aussi : http://attolab.fr/

Résumé :



A l’aide d’impulsions attosecondes accordables produites avec un amplificateur paramétrique optique (OPA) pompé par un laser Titane:Saphir intense (Equipement d’Excellence ATTOLab), l’étudiant(e) étudiera la dynamique d’ionisation de gaz atomiques et moléculaires près des résonances. L’objectif est de suivre en temps réel l'éjection des électrons et de mesurer comment se construit le profil des résonances.



Sujet détaillé :



Ces dernières années, la génération d’impulsions sub-femtosecondes, dites attosecondes (1 as=10-18 s), a connu des progrès spectaculaires. Ces impulsions ultrabrèves ouvrent de nouvelles perspectives d’exploration de la matière à une échelle de temps jusqu’alors inaccessible. Leur génération repose sur la forte interaction non linéaire d’impulsions laser infrarouges (IR) brèves (~20 femtosecondes) et intenses avec des gaz atomiques ou moléculaires. On produit ainsi les harmoniques d’ordre élevé de la fréquence fondamentale, sur une large gamme spectrale (160-10 nm) couvrant l’extrême ultraviolet (UVX). Dans le domaine temporel, ce rayonnement cohérent se présente comme un train d’impulsions d’une durée de ~100 attosecondes [1].



Avec ces impulsions attosecondes, il devient possible d’étudier les dynamiques les plus rapides dans la matière, celles associées aux électrons, qui se déroulent naturellement à cette échelle de temps. La spectroscopie attoseconde permet ainsi l’étude de processus fondamentaux tels que la photo-ionisation et s’intéresse à la question : combien de temps faut-il pour arracher un électron à un atome ou une molécule ’ Plus précisément : combien de temps faut-il à un paquet d’onde électronique produit par absorption d’une impulsion attoseconde pour sortir du potentiel atomique/moléculaire ’ La mesure de ces délais d’ionisation est actuellement un sujet « chaud » dans la communauté scientifique. En particulier, l’étude de la dynamique d’ionisation près des résonances permettrait d’accéder à des informations très fines sur la structure atomique/moléculaire, telles que les réarrangements électroniques dans l’ion suite à l’éjection d’un électron. Nous nous sommes récemment intéressés à l’ionisation près d’une résonance d’auto-ionisation dite « de Fano ». Nous avons montré par ionisation à 2 photons UVX+IR qu’il était possible de « voir » en temps réel la construction du profil de la résonance [2].



L’objectif de la thèse est de généraliser cette technique pour étudier d’autres types de résonances atomiques et moléculaires, telles que les résonances de forme. A cette fin, des impulsions attosecondes accordables seront générées à l’aide du rayonnement moyen-IR [1.2-2 µm] produit avec un amplificateur paramétrique optique (OPA) pompé par un laser Titane:Saphir intense. Enfin, la mesure de la distribution angulaire des électrons émis, combinée à l’information temporelle détaillée ci-dessus, permettra de reconstruire le film complet 3D de l’éjection des électrons.

Le travail expérimental comprendra la mise en œuvre d’un dispositif, installé sur le laser FAB1 d’ATTOLAB, permettant : i) la génération de rayonnement attoseconde ; ii) sa caractérisation par interférométrie quantique ; iii) son utilisation en spectroscopie de photoionisation (détection d’électrons). Les aspects théoriques seront également développés. L’étudiant(e) sera formé(e) en optique ultrarapide, physique atomique et moléculaire, chimie quantique, et acquerra une large maitrise des techniques de spectroscopie de particules chargées. Des connaissances en optique, optique non linéaire, physique atomique et moléculaire, sont une base requise.

Le travail de thèse donnera lieu à des campagnes d’expériences dans des laboratoires français (ANR CIMBAAD) et européens associés (réseau européen MEDEA : Milan, Lund).



Références :

[1] Y. Mairesse, et al., Science 302, 1540 (2003)

[2] V. Gruson, et al., Science 354, 734 (2016)

Miroirs plasmas 'in silico': "vers l'obtention de sources lumineuses d'intensités extrêmes et d'accélérateurs de particules ultra-compacts"

SL-DRF-18-0432

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Henri VINCENTI

Guy BONNAUD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Henri VINCENTI

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Directeur de thèse :

Guy BONNAUD

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169088140

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/henri.vincenti/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/PHI/

Voir aussi : https://www.picsar.net

Avec l’avènement des lasers de puissance de classe PW, capables de délivrer des intensités lumineuses de 10^22 W.cm^-2 pour lesquelles la matière devient plasma, la physique des Ultra-Hautes Intensités (UHI) vise maintenant à résoudre deux challenges majeurs : peut-on produire des accélérateurs de particules compacts délivrant des faisceaux d’électrons de haute charge à haute énergie, qui seront cruciaux pour repousser les limites de la Science des hautes énergies ’ Peut-on atteindre des intensités lumineuses extrêmes, approchant la limite de Schwinger (10^29W.cm^-2), au-delà de laquelle la lumière s’autofocalise dans le vide et des paires électron/positron sont produites’ Résoudre ces deux grandes questions à l’aide des lasers de puissance PW en construction (e.g. CILEX/APOLLON, ELI) requiert une rupture conceptuelle que je propose de développer au cours de cette thèse.



En particulier, cette thèse vise à démontrer que les ‘miroirs plasma relativistes’, produits lorsqu’un laser femtoseconde (1fs=10^-15s) de puissance frappe une cible solide, pourraient fournir une approche simple et élégante permettant de résoudre ces deux grands challenges de la physique UHI. Lors de sa réflexion sur le miroir plasma, le laser peut générer des paquets d’électrons relativistes de haute charge ainsi que des faisceaux harmoniques de courtes longueurs d’onde très intenses. Pourrait-on utiliser ces miroirs plasmas pour focaliser fortement les faisceaux harmoniques et approcher la limite de Schwinger ’ Pourrait-on utiliser les miroirs plasmas comme des injecteurs de très haute charge dans un laser PW capable de fournir des gradients accélérateurs de 100TV.m^-1 ’



La mission du candidat sera de répondre à ces deux interrogations ‘in silico’, à l’aide de simulations numériques massivement parallèles nécessitant les plus gros calculateurs disponibles à l’heure actuelle. Dans cette optique, le candidat utilisera nos derniers développements numériques et d’optimisation de la méthode Particle-In-Cell (PIC) qui rendent possible, pour la première fois, une simulation 3D réaliste de l’interaction laser-miroir plasma à haute intensité. Ces développements ont été implémentés, validés et testés dans notre code 3D PICSAR (https://www.picsar.net). Armé de PICSAR, le candidat modélisera numériquement de nouveaux schémas d’interaction utilisant les miroirs plasmas pour résoudre les deux grands challenges physiques introduits ci-dessus.

"Machine learning" de modèles de suspensions hydrodynamiques de micro-nageurs par apprentissage de grandes masses de données expérimentales

SL-DRF-18-0902

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Hugues CHATE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Hugues CHATE

CEA - DSM/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087535

Directeur de thèse :

Hugues CHATE

CEA - DSM/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087535

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX/

Ces dix dernières années ont vu l'émergence d'études sur la "matière active" - composée de particules qui transforment l'énergie d'une source ambiante en mouvement - comme un sujet bien défini de physique statistique hors équilibre, principalement motivé par la nécessité de comprendre et reproduire le lien entre la motilité individuelle et collective. Les expériences sont encore relativement peu nombreuses, mais avec l'émergence du domaine, de plus en plus de données statistiques obtenues dans des conditions bien contrôlées deviennent disponibles. Ces grandes masses de données ("big data") ouvrent la possibilité non seulement de tester la pertinence quantitative de modèles existants, mais aussi de concevoir et d'appliquer des algorithmes d'apprentissage (machine learning) pour "découvrir" spontanément des modèles quantitativement fidèles. Ainsi on pourra atteindre un des objectifs finaux qui est d'obtenir explicitement les relations entre les paramètres de contrôle expérimentaux et les paramètres du modèle. Si la tâche semble difficile, elle est de première importance, car les modèles, en particulier les modèles continus, contiennent généralement de nombreux paramètres de sorte que cette correspondance n'est pas biunivoque.



Au cours de cette thèse, des données expérimentales à haut débit sur les suspensions bactériennes ("big data", provenant de collaborateurs à Shanghai et à Hong Kong) seront utilisées pour construire des modèles quantitatifs et élaborer des théories de synthèse.



Le travail de doctorat consistera à suivre en parallèle deux voies pour construire des liens théorie-expérience quantitatifs et directs. La première méthode, plus usuelle et déjà amorcée au laboratoire, consiste à construire des modèles par l'optimisation multidimensionnelle d'un ensemble de quantificateurs de cibles. La seconde, plus exploratoire et innovante, et donc plus difficile et risquée, consiste à construire "automatiquement" les modèles par des algorithmes d'apprentissage sur les données expérimentales. La comparaison des résultats obtenus par les deux voies sera particulièrement intéressante.



Les travaux analytiques nécessaires pour dériver des théories cinétiques et hydrodynamiques à partir des modèles simples de nageurs interactifs ainsi obtenus, y compris les termes stochastiques, seront développés en parallèle.

Dissipation, cascades et singularités en turbulence

SL-DRF-18-0272

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Bérengère DUBRULLE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Bérengère DUBRULLE

CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087247

Directeur de thèse :

Bérengère DUBRULLE

CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087247

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/berengere.dubrulle/index.html

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/sphynx/

La turbulence est un état atteint par la majeure partie des fluides dans des conditions “extrêmes” -fortes vitesses ou températures, grande taille du système-. Elle se manifeste dans de nombreux domaines industriels (turbines), aéronautiques (avions, fusées), géophysiques (atmosphère, océan) ou astrophysiques (étoiles, galaxies). Comprendre les phénomènes de turbulence constitue donc un enjeu scientifique, technologique et économique important. Soumis à une agitation mécanique, un fluide visqueux convertit le travail appliqué en chaleur via un processus complexe: son écoulement se structure en mouvements tourbillonnaires qui se ramifient sur plusieurs échelles allant de la taille du système (océan, lac, récipient,…) à l'échelle la plus fine, fonction de la viscosité. L’énergie injectée dans le fluide est finalement dissipée par effet de viscosité. Depuis près de 80 ans, on décrit ce processus par un modèle de cascade auto-similaire, du à Kolmogorov. Ce modèle sert de base à presque tous les modèles actuels de turbulence, et permet de reproduire extrêmement bien la majeure partie des grandes échelles des écoulements turbulents. Cependant, ce modèle devient de plus en plus mauvais au fur et à mesure que l'on descend vers les petites échelles, et ne permet pas de comprendre le comportement très intermittent de la dissipation d'énergie. Cela limite considérablement la modélisation des processus impliquant la turbulence à petite échelle, comme la combustion (problème pour simuler les moteurs) ou la condensation de gouttes (problème pour simuler la pluie en météo ou en climat).



Le but de la thèse est de tester une nouvelle description de la cascade d'énergie, basée sur l'hypothèse que la turbulence contient des singularités dans la limite de la viscosité tendant vers zéro. La quête des singularités dans les équations d’Euler ou de Navier-stokes représente un problème bien connu (cf. AMS Millenium Clay Prize), mais les récentes avancées, tant au niveau numérique qu’expérimental, remettent ce problème de nouveau d’actualité. En particulier, notre groupe a récemment mis en évidence, dans un écoulement turbulent de laboratoire, l'existence d'événements intenses de dissipation d'énergie non-visqueuse qui pourraient être associés aux singularités recherchées par les mathématiciens (Saw et al, Nature Communication 7, 12466 (2016)). Ces évènements ne sont pas décrits par le modèle de Kolmogorov, et pourraient servir de base à de nouvelles modélisations plus fidèles à petite échelle.



Nous proposons dans cette thèse une étude détaillée des processus de cascade et de dissipation d'énergie en utilisant le code SFEMaNS, qui sera testé par comparaisons avec les mesures expérimentales. Ce code utilise des éléments finis et une décomposition spectrale ainsi que des méthodes avancées de pénalisation, pour reproduire fidèlement l'expérience de laboratoire utilisée au SPEC.

Effets thermoélectriques dans les liquides ioniques et nanofluides

SL-DRF-18-0370

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Sawako NAKAMAE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Sawako NAKAMAE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087538

Directeur de thèse :

Sawako NAKAMAE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087538

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/sawako.nakamae/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX

Voir aussi : https://www.magenta-h2020.eu

Aujourd’hui, une grande part de l’énergie utilisée dans les processus industriels, entre 20 et 50%, est inutilement perdue en "chaleur fatale" sans être réutilisée. Jusqu’à 60-70% de l’énergie dans les moteurs à combustion interne est tout simplement relâchée dans l’atmosphère. Dans ce contexte, la récupération et la transformation en énergie électrique ou mécanique d’une partie de la chaleur fatale représente un enjeu important pour réduire la consommation globale.



Lorsqu'on chauffe un barreau conducteur à une extrémité, les électrons acquièrent de l'énergie cinétique et diffusent vers la partie froide. Les ions positifs par contre restent immobiles et il en résulte un déséquilibre de charge d'où l'apparition d'un champ électrique et d'un potentiel électrique dV proportionnel à la différence de température dT : dV=-SdT. Le facteur de proportionnalité S est appelé "coefficient Seebeck". Ceci fournit un schéma de principe à la conversion d'énergie thermique en énergie électrique (effet Seebeck) ou réciproquement (effet Peltier). Dans les deux cas, le rendement est une fonction croissante du "facteur de mérite" ZT=(S^2/Rho*Lambda)T où Rho et Lambda désignent respectivement les conductivités électrique et thermique du matériau. L'effet thermoélectrique dans des liquides conducteurs tels que les liquides ioniques, les solutions colloïdales chargées, etc., font l'objet de nombreuses études à cause de leur coefficient Seebeck très élevé. L’origine de la valeur élevée du coefficient Seebeck n’est pas encore complètement comprise. De possibles interprétations sont que le coefficient Seebeck croît avec l'entropie transportée par les ions et par les particules colloïdales chargées et que les macro-ions ou particules colloïdales chargées sont adsorbées à la surface des électrodes en créant un effet de double couche électrique (très élevé, à enlever).



Dans cette thèse, nous proposons l'étude expérimentale des propriétés thermoélectriques de fluides complexes (e.g., liquides ioniques, nanofluides (solutions colloïdales de nanoparticules chargées) afin de faire progresser notre compréhension sur l’origine physique de ce phénomène et d’identifier les nouveaux matériaux thermoélectriques dans le domaine du stockage de l'énergie (générateur thermoélectrique et supercondensateurs.). Le travail expérimental fera appel aux techniques de mesure du transport thermoélectrique et électrique, à la mesure de la charge thermoélectrique, à la caractérisation électrochimique (voltamétrie cyclique) ainsi que à l'acquisition automatisée des données et à l’interprétation des mesures.

Etude biophysique de la dynamique de la conformation de la chromatine au cours de la réplication du génome

SL-DRF-18-0276

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Frédéric GOBEAUX

Patrick GUENOUN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Frédéric GOBEAUX

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 24 74

Directeur de thèse :

Patrick GUENOUN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-74-33

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/frederic.gobeaux/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

L’organisation tridimensionnelle du génome et sa dynamique dans des cellules vivantes sont déterminantes pour ses fonctions. Il est crucial de les comprendre et d’identifier les paramètres qui la contrôlent. L’état de l’art actuel permet d’appréhender l’organisation à courte portée (<10 nm) et à longue portée (>250 nm) de la chromatine dans le noyau. Cependant, il existe une zone intermédiaire (10-250 nm) où l’organisation spatiale de la chromatine est mal identifiée. Cette zone correspond précisément à la taille des complexes protéiques qui modifient la chromatine pour permettre la duplication du génome.



Nous étudierons par diffusion des rayons X des cultures cellulaires au cours de la duplication du génome. Grâce à un montage expérimental adapté nous mesurerons la dynamique de la conformation de la chromatine lors de la duplication du génome et compléterons cette analyse par des simulations numériques (dynamique moléculaire) afin de corréler la dynamique de la chromatine avec celle de la duplication du génome. Nous étudierons différents types cellulaires pour tester la généralité de nos observations.



Ce projet est en collaboration entre une équipe de physique et une équipe de biologie et comportera pour l'étudiant des aspects des deux disciplines.

Mesures optiques de la dissipation et des flux d’énergie dans des écoulements turbulents

SL-DRF-18-0872

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Sébastien AUMAÎTRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Sébastien AUMAÎTRE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

01 69 08 74 37

Directeur de thèse :

Sébastien AUMAÎTRE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

01 69 08 74 37

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/sebastien.aumaitre/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/sphynx/

L'objectif de cette thèse est d'étudier les fluctuations de puissances dans les écoulements turbulents. Les approches classiques ont déjà montré que la stationnarité des écoulements turbulents, qui impose l'égalité des puissances moyennes injectées à grande échelle et dissipée aux petites échelles, contraint le spectre des vitesses. Mais pour aller au-delà et expliquer la complexité et l'intermittence des écoulements turbulents, on peut s'intéresser aux propriétés statistiques des fluctuations des puissances mises en jeu dans les écoulements. Notamment on peut espérer mettre en évidence les corrélations entre puissance injectée et dissipée qu'impose la stationnarité et explorer leurs conséquences sur la structure de l’écoulement. Le défi expérimental sera d'estimer les fluctuations de puissance dissipée car cela nécessite une mesure fine des gradients de vitesse sur tout le volume de l'écoulement. Pour y parvenir, nous souhaiterions développer des mesures optiques de diffusion multiple couplées à l'acquisition d'image ultra-rapide. On complètera cette méthode innovante avec des mesures plus classiques afin de mesurer simultanément la puissance injectée et de chartériser la structure de l'écoulement.

Métamateriaux auto-assemblés à base de copolymères à blocs

SL-DRF-18-0245

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Patrick GUENOUN

Virginie PONSINET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Patrick GUENOUN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-74-33

Directeur de thèse :

Virginie PONSINET

CNRS - Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP)

+33(0)5 56 84 56 25

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/patrick.guenoun/index.html

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Les métamatériaux sont des matériaux "artificiels" qui sont créés pour atteindre des propriétés inaccessibles aux matériaux homogènes naturels. Ainsi en est-il de propriétés optiques comme des indices de réfraction négatifs qui peuvent être atteints par une structuration des métamatériaux à une échelle inférieure à celle de la longueur d’onde de la lumière. Dans ce travail de thèse, nous atteindrons une telle structuration (nanostructuration) en combinant l’auto-assemblage de copolymères sur des surfaces et l’insertion dans cet auto-assemblage de nanoparticules d’or. La matrice de copolymères fournit la nanostructuration à l’échelle et la géométrie voulue tandis que la présence d’or confère les propriétés optiques attendues. Cette thèse en collaboration entre le LIONS au CEA Saclay et le Centre de recherche Paul Pascal à Bordeaux bénéficiera des deux environnements pour mener une étude expérimentale qui consistera à préparer des surfaces, où des phases cylindriques ou bicontinues de copolymères seront orientées perpendiculairement au substrat. Après synthèse au laboratoire et insertion des nanoparticules d’or dans les structures, les propriétés optiques du matériau obtenu seront mesurées et analysées en vue de les modéliser.

Synthèse et intégration de matériaux dans des capteurs pour la surveillance de la qualité de l'eau

SL-DRF-18-0286

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Jean-Christophe GABRIEL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Jean-Christophe GABRIEL

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0438780257

Directeur de thèse :

Jean-Christophe GABRIEL

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0438780257

Page perso : http://inac.cea.fr/Phocea/Pisp/index.php?nom=jean-christophe.gabriel

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

Voir aussi : https://www.linkedin.com/in/jcpgabriel

Ce sujet se situe dans le contexte d'un des deux seuls projets financés par l'ANR en 2017 sur la thématique des Capteurs pour l'environnement (projet 4WATER). La crise de l'eau constitue le risque n°1 quant à son impact sur la société d'après le « Forum de l'économie mondiale » (01/2015). Dans le projet 4WATER, nous proposons l'élaboration de nouveaux capteurs matriciels à bas coût et multi-cibles. Ces capteurs seront intégrés, à l'aide d'une approche microélectronique, sous forme de transistors MOSFETs sensibles à différents ions choisis en fonction de leur pertinence vis-à-vis de la potabilité de l'eau. Nous proposons ainsi à terme une solution de surveillance multianalytes permanente et peu onéreuse des ressources en eau douce de surface.



Lors de sa thèse, l'étudiant(e) aura à synthétiser des matériaux par diverses techniques de synthèses issues de la chimie et devra les mettre en solution (formulation d’encres). S’en suivra une intégration de ces composés dans des dispositifs actifs (capteurs pour la qualité de l’eau) ainsi que de tester des capteurs ainsi formés. Selon le temps restant et le dynamisme de l’étudiant(e), Il s’agira aussi d’étudier les propriétés physico-chimiques (structure, taille etc…) des fluides complexes obtenus ou alors il se fera en collaboration avec un collaborateur du projet. L’étudiant(e) sera exposé à un environnement pluridisciplinaire et amené(e) à réaliser des expériences dans des domaines variés tels que la chimie inorganique, la physico-chimie, la micro/nano-fabrication en salles blanches, les méthodes de nano-caractérisation et de tests électriques/électroniques. Cette thèse est donc une excellente opportunité de croissance professionnelle tant d'un point de vue des connaissances, que du savoir-faire et de la notoriété acquise dans la communauté scientifique, et offre d’autre part de bonnes perspectives via la collaboration industrielle entrant dans ce projet.

Analyse du lin par microdiffraction des rayons X et traction in-situ

SL-DRF-18-0741

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP)

Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP)

Saclay

Contact :

Magali MORALES

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Magali MORALES

Université de Caen - CIMAP / Centre de recherches sur les Ions, les Matériaux et la Photonique

+33 2 31 45 26 58

Directeur de thèse :

Magali MORALES

Université de Caen - CIMAP / Centre de recherches sur les Ions, les Matériaux et la Photonique

+33 2 31 45 26 58

Page perso : http://cimap.ensicaen.fr/spip.php?article263

Labo : http://cimap.ensicaen.fr/spip.php?rubrique99

La réorientation des microfibrilles de cellulose durant l'allongement des fibres végétales pourrait intervenir dans le comportement macroscopique des composites associés. Cette hypothèse fait l'objet de nombreux commentaires dans la littérature et mérite d'être confirmée ou infirmée dans le cas des composites à fibres de lin. Le doctorant devra, en s'appuyant sur les compétences de l'équipe PM2E du CIMAP en micro-traction, en métrologie optique, et en diffraction des rayons X, analyser les relations « micromécanique des fibres de lin - macromécanique des composites à renfort lin ». A court terme, il s’agit de mettre au point une méthode fiable pour mesurer pendant un essai de traction l'orientation des microfibrilles de cellulose sur fibre isolée, faisceau de fibres, et surtout mini-composite. L'objectif final consiste à établir les lois mécaniques micro-macro des composites à renfort végétal.

Cristaux synthétiques bio-inspirés

SL-DRF-18-0435

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Corinne CHEVALLARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2018

Contact :

Corinne CHEVALLARD

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-52-23

Directeur de thèse :

Corinne CHEVALLARD

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-52-23

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/corinne.chevallard/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/index.php

Voir aussi : http://www.fresnel.fr/spip/spip.php?article1099

Les organismes calcifiants (mollusques, coraux, éponges) sont capables de produire des structures minérales cristallisées (coquilles, exosquelettes) à la morphologie parfaitement contrôlée pour cibler une fonction biologique particulière (protection, flottaison, etc.) Les processus physico-chimiques associés à cette biocristallisation calcaire sont encore mal connus. Une hypothèse en cours est qu’un précurseur liquide pourrait être initialement formé lors d’une séparation de phase liquide-liquide, puis se solidifierait sous forme de granules amorphes. Ces granules de taille 50-500 nm s’agrègeraient et cristalliseraient ensuite pour donner les structures biominérales connues, avec leur granularité et leur ordre cristallin à la portée micrométrique. Afin de tester une telle hypothèse, le doctorant réalisera des synthèses de carbonate de calcium en conditions biomimétiques, en faisant intervenir des additifs organiques soit synthétiques, soit biologiques. Une étude structurale détaillée sera conduite afin de comparer ces cristaux synthétiques à leurs équivalents biogéniques. Le travail devra permettre ultimement d’énoncer un modèle de biocristallisation calcaire. Il sera réalisé en collaboration avec l’Institut Fresnel (V. Chamard, co-encadrante de cette thèse), s’inscrit dans le cadre d’un projet européen associant également la station IFREMER de Polynésie française.

Etats intermédiaires amorphes lors de la précipitation de l'oxalate de cérium: vers un nouveau modèle de nucléation

SL-DRF-18-0111

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Sophie CHARTON

David CARRIÈRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2018

Contact :

Sophie CHARTON

CEA - DEN/DMRC

+33 (0)4.66.79.62.29

Directeur de thèse :

David CARRIÈRE

CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE

0169085489

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/68/david.carriere.html

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/index.php

La formation de cristaux par réaction en voie liquide intervient dans d’innombrables processus naturels et artificiels, et en particulier dans les procédés de cristallisation réactive ou précipitation. La maîtrise de la cinétique de formation, de la taille et de la morphologie des précipités est un enjeu fort. C’est également une problématique importante du traitement-recyclage du combustible nucléaire irradié, où le plutonium est précipité sous forme d’oxalates, avant d’être converti en oxyde utilisé pour la fabrication du combustible MOX.

La théorie de référence pour prédire la cadence de production des cristaux, et modéliser les procédés, est la théorie classique de la nucléation (CNT), qui repose sur la description thermodynamique de l’équilibre liquide-vapeur proposée par Gibbs en 1876. Mais ce modèle est souvent gravement mis en échec, car il ignore tous les états intermédiaires désordonnés qui pourraient se former entre les ions en solution et le cristal final : clusters, séparations de phase liquide-liquide, particules ou réseaux amorphes etc. Ainsi, des états intermédiaires amorphes ont été observés dans la précipitation de l’oxalate de cérium, un des systèmes simulant de référence pour le plutonium, suggérant un processus de nucléation en deux étapes, en contradiction avec la CNT.

L’objectif général de cette thèse est de caractériser les états intermédiaires de la nucléation de l’oxalate de cérium, et leur impact sur les prédictions de la théorie classique. La thèse sera réalisée en collaboration étroite entre le CEA Marcoule (DEN/MAR/DMRC/SA2I) et le CEA à Saclay (DRF/IRAMIS/LIONS), ce qui permettra de combiner des techniques qui sont réputées pouvoir résoudre ce problème difficile : diffusion des rayons X en laboratoire et en synchrotron (SAXS/WAXS), microfluidique, et modélisations thermodynamiques et cinétiques.

Identification et caractérisation métrologique des nanoparticules en matrices complexes

SL-DRF-18-0858

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Valérie GEERTSEN

Fabienne TESTARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Valérie GEERTSEN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0169084798

Directeur de thèse :

Fabienne TESTARD

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/fabienne.testard/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Les exigences règlementaires (obligation d’étiquetage si ingrédient nano dans produits alimentaires, cosmétiques ou biocides) imposent aux utilisateurs d’additifs « classiques » de savoir si la substance qu’ils utilisent doit être considérée comme nano ou pas. Face à cette exposition croissante des nanomatériaux au sein du cycle de vie des produits, il est crucial de comprendre leur impact sur la santé et sur l’environnement et donc d’avoir des mesures fiables pour l’évaluation des risques.



Les méthodes d’analyse classiquement utilisées pour les composés moléculaires ou les colloïdes ne peuvent être transposées directement pour l’analyse de nanoparticules au sein de matrices complexes. Aujourd’hui, il est donc nécessaire de développer des méthodes standards d’analyse de nano-objets et les étalons associés. C’est dans ce cadre de nanométrologie que se place le sujet de thèse proposé entre le LNE– Laboratoire National de Métrologie et d’essais et le CEA/DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS– Laboratoire Interdisciplinaire sur l’organisation nanométrique et supramoléculaire. L'objectif est d'évaluer la performance des méthodes existantes de caractérisation des nanoparticules (SAXS, DLS, DRX, MEB et AFM) et de quantifier leur capacité, leurs limites, leur tolérance et leurs incertitudes pour mesurer la distribution en taille et forme des nanoparticules, leur concentration et leur rugosité de surface dans des milieux complexes. L'accent sera mis sur l'évaluation sur les résultats de mesure de l'influence du milieu, de la taille et de la forme des particules, ainsi que de leur cristallinité ou de la nature des défauts la constituant.



Ainsi cette étude doit permettre à la métrologie de franchir un cap supplémentaire pour l’évaluation et la caractérisation des nanomatériaux et évaluer les niveaux de performances associés à la combinaison de techniques qui permettent de réaliser des mesures directement dans la matrice. Sur le plus long terme, le couplage de ces méthodes pourra servir à l’industrie pour faire du "safer by design".

Synthèse de nanotubes de carbone alignés sur métaux à basse température : développement de la croissance et étude des mécanismes

SL-DRF-18-0826

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Emeline Charon

Martine Mayne

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Emeline Charon

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169089187

Directeur de thèse :

Martine Mayne

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01 69 08 48 47

Page perso : http://iramis-i.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=echaron

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/

La méthode de CVD (Chemical Vapour Deposition) à partir d’aérosols permet d’obtenir des tapis denses de nanotubes de carbone (NTC) alignés dont les applications sont diverses et prometteuses. L’objectif de la thèse est de développer la synthèse de NTC à basse température (= 650°C), et plus particulièrement sur substrats métalliques, en s’appuyant sur deux volets : (1) l’étude paramétrique en fonction de la nature de la source des précurseurs carbonés et catalytiques, et (2) l’étude des mécanismes de croissance par des analyses ex et in situ.

L’approche consistera à ajuster les paramètres de synthèse (température, atmosphère gazeuse réactive, nature des précurseurs carbonés ou du support…) dans le but de maitriser les caractéristiques des NTC formés (alignement, longueur…). A basse température, la décomposition des précurseurs catalytiques et de carbone couramment utilisés est moins efficace. Pour remédier à ce problème, la nature de la phase gazeuse doit être modifiée en termes de précurseur carboné et de gaz porteur. En effet, afin de limiter la diminution de la vitesse de croissance des nanotubes, il est nécessaire d'utiliser des précurseurs présentant une décomposition catalytique et thermique plus favorable autour de 600°C, comme l'acétylène ou l’éthylène, voire d’autres sources carbonées. De plus, nous chercherons à mener des études in situ visant à caractériser précisément les mécanismes de croissance des nanotubes de carbone. Une attention particulière sera portée sur le contrôle du diamètre et de la densité notamment par analyse en microscopie électronique (MEB et MET) et sur la qualité structurale des NTC par spectrométrie Raman et microscopie électronique haute résolution (METHR).

Séparation de charge induite par la courbure dans des nanotubes d'aluminosilicate semiconducteurs: applications en photocatalyse

SL-DRF-18-0439

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Sophie LE CAER

Antoine THILL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Sophie LE CAER

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

Directeur de thèse :

Antoine THILL

CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 99 82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/antoine.thill/thill_fr.html

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

L'imogolite est un nanominéral naturel en forme de nanotube de 2 nm de diamètre. Il est possible de synthétiser ce matériau et il est disponible au NIMBE facilement et en grande quantité grâce à l'installation pilote PRODIGE. Des calculs théoriques récents prédisent l'existence d'une densité surfacique de dipôle induite par la très forte courbure de la paroi des imogolites. Une telle polarisation à symétrie radiale serait très favorable à la séparation de charge électron/trou dans des processus photo-induits. Par différentes approches expérimentales complémentaires, nous proposons d'explorer l'existence et l'importance de cette polarisation de surface dans les imogolites et les imogolites hybrides éventuellement dopées.

Dynamique électronique dans les biomolécules : une approche duale expérience-théorie

SL-DRF-18-0678

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Michel MONS

Valérie BRENNER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Michel MONS

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 20 01

Directeur de thèse :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.brenner/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDyL/SBM/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/michel.mons/

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides, offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibration, évitant ainsi les réactions photochimiques qui conduisent généralement à des dommages structurels affectant la fonction biologique du système. Notre connaissance de ces processus qui contrôlent la durée de vie de l’état excité peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de systèmes d’intérêt biologique modèles mimant des fragments des constituants du vivant comme par exemple, les peptides pour les protéines. L’objectif principal de cette thèse est donc d’étudier la dynamique électronique de systèmes d’intérêt biologique, i.e., des modèles des constituants du vivant, et ainsi d’appréhender les phénomènes élémentaires qui contrôlent la durée de vie des états excités de ces systèmes. L’approche mixte expérience-théorie, qui utilisera des développements méthodologiques récents, reposera sur :



i) La caractérisation expérimentale des durées de vie en fonction des espèces étudiées (expérience pompe-sonde en régime nano-, pico- et femtoseconde) ainsi que de la cascade d’états formés. Les expériences bénéficieront notamment du diagnostic d’imagerie de photoélectrons, qui permettra de suivre le chemin de relaxation suivi par le système, et notamment d’apprécier le rôle de ses différents états excités et de sa conformation,

ii) la modélisation des surfaces d’énergie potentielle (SEP) des états excités de ces systèmes et en particulier, la détermination des zones critiques sur la surface, comme les intersections coniques, et des mouvements induisant les mécanismes de désactivation. La taille des systèmes, leur flexibilité, la présence de liaisons non-covalentes qui gouvernent les structures et la nature très diverse des états excités requièrent la mise en œuvre d’une stratégie calculatoire multi-étapes et multi-niveaux, faisant appel à des méthodes de chimie quantique sophistiquées (dynamique non-adiabatique, méthode « Coupled Cluster » et méthode d’interaction de configuration multiréférence).



Enfin, ce travail de thèse s’effectuera dans le prolongement du projet ANR ESBODYR («Excited States of BiO-relevant systems: towards ultrafast DYnamics with conformational Resolution» (Défis de tous les savoirs, Coord. V. Brenner, 2014-2018). Il bénéficiera par ailleurs pour le volet théorique de l’accès aux moyens de calculs intensif nationaux (GENCI : TGCC/IDRIS/CINES) et pour le volet expérimental, de l’accès au serveur femtoseconde SLIC de l’IRAMIS (Saclay) et du serveur picoseconde du Centre Laser de l’Université Paris-Sud (CLUPS).

Dynamique électronique de biomolécules : vers une modélisation des mécanismes de désactivation des états excités.

SL-DRF-18-0674

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Valérie BRENNER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Directeur de thèse :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.brenner/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDyL/SBM/

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides, offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibration, évitant ainsi les réactions photochimiques conduisant généralement à des dommages structurels susceptibles d’affecter la fonction biologique du système. Notre connaissance de ces processus qui contrôlent la durée de vie de l’état excité peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de systèmes d’intérêt biologique modèles mimant des fragments des constituants du vivant comme par exemple, les peptides pour les protéines. La taille des systèmes, leur flexibilité, la présence de liaisons non-covalentes qui gouvernent les structures et la nature très diversifiée des états excités nécessitent d’avoir recours à des modèles théoriques sophistiqués pour une complète caractérisation des structures et la détermination des mécanismes de relaxation des premiers états excités.



L’objectif principal de cette thèse est donc de mettre au point une stratégie calculatoire faisant appel à des méthodes de chimie quantique sophistiquées permettant non seulement la caractérisation des premiers états excités de ces systèmes mais aussi une modélisation partielle des surfaces d’énergie potentielle de ces états afin d’en appréhender la dynamique électronique. Enfin, ce sujet est en relation directe avec des expériences de spectroscopies menées dans notre équipe sur ces systèmes, expériences utilisant les récents développements des techniques expérimentales de spectroscopie en phase gazeuse et donnant accès à des données très précises sur les propriétés spectroscopiques et la dynamique électronique de relaxation.



Par ailleurs, il s’effectuera dans prolongement d’un projet ANR, ESBODYR ou «Excited States of BiO-relevant systems: towards ultrafast Dynamics with conformational Resolution» (Coord. V. Brenner, 2014-2018) et bénéficiera de l’accès aux moyens de calcul intensif nationaux (GENCI : TGCC/IDRIS/CINES).

Etude des spectres complexes dans les plasmas chauds : applications en sciences de la fusion et en astrophysique

SL-DRF-18-0627

Domaine de recherche : Physique des plasmas et interactions laser-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Matière à Haute Densité (MHDE)

Saclay

Contact :

Michel POIRIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Michel POIRIER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/MHDE

+33 (0)1 69 08 46 29

Directeur de thèse :

Michel POIRIER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/MHDE

+33 (0)1 69 08 46 29

Page perso : http://iramis.cea.fr/lidyl/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=poirier

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/MHDE/

Un vaste ensemble d'objets d'étude en physique comme la structure interne des étoiles, l'émission X des disques d'accrétion, la dynamique de la fusion par confinement inertiel, ou les nouvelles sources de rayonnement nécessite une connaissance fine des propriétés radiatives des plasmas chauds. De tels plasmas présentent des spectres contenant un très grand nombre de raies souvent regroupées en faisceaux non résolus. L'interprétation de ces spectres requiert l'utilisation des méthodes statistiques. À l'aide de la seconde quantification et de méthodes d'algèbre tensorielle, il est possible de calculer des quantités telles que la moyenne et la variance des énergies de transitions dans un faisceau. Il existe une littérature importante sur ce sujet, toutefois certains types de transitions, notamment les transitions dipolaires magnétiques internes à une configuration ou les processus mettant en jeu plusieurs électrons n'ont pas été abordés jusqu'ici. En plus de cette étude analytique, un travail numérique utilisant le Flexible Atomic Code sera proposé au cours de cette thèse. Les plasmas seront étudiés soit à l'équilibre thermodynamique, soit hors équilibre auquel cas les populations de niveaux sont déterminées par la résolution de système d'équations cinétiques. Parmi les applications possibles figurent l'interprétation de mesures récentes d'opacité réalisées sur le laser LULI2000 de l'École Polytechnique, la détermination des pertes radiatives du tungstène dans le divertor du tokamak ITER, ou encore le problème ouvert de la caractérisation des plasmas de silicium photoionisés étudiés sur Z-pinch en relation avec des observations astrophysiques.

Approche thermique d’interfaces liquide/solide et liquide/Air (ATILA)

SL-DRF-18-0782

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe de Diffusion Neutron Petits Angles

Saclay

Contact :

Laurence NOIREZ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Laurence NOIREZ

CNRS-UMR 12 - LLB01/Laboratoire de Diffusion Neutronique

01 69 08 63 00

Directeur de thèse :

Laurence NOIREZ

CNRS-UMR 12 - LLB01/Laboratoire de Diffusion Neutronique

01 69 08 63 00

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/laurence.noirez/

Labo : http://www-llb.cea.fr/

Le présent projet de thèse expérimentale s’inscrit dans le cadre d'un programme collaboratif CEA-Région Pays de la Loire. L’objectif est de progresser dans la compréhension des mécanismes interfaciaux solide/liquide ou liquide/air. Dans le cas d’une interface liquide / solide, le déséquilibre entre les énergies inter-moléculaires et les énergies de surface (attractives et répulsives) crée une zone d’interface où les interactions intermoléculares liquide-liquide et les interactions molécule liquide- atome solide sont en compétition. Si une littérature abondante existe sur le sujet, les mécanismes en jeu sont encore bien obscurs. Des expériences pionnières menées en collaboration entre le Laboratoire Léon Brillouin et l'Institut des Molécules et des Matériaux du Mans ont récemment permis de montrer qu'à l’approche de l'interface liquide/solide, une variation de la température est observable [1]. Celle-ci dépend de la nature du solide et du liquide mis en contact. Cette découverte majeure est un nouveau champ d’investigation possible pour la compréhension des mécanismes de transfert d’énergie. Elle peut aboutir à l’élaboration de convertisseurs passifs d’énergie et de nouvelles solutions technologiques.



Le projet de thèse propose d’explorer les caractéristiques de cette nouvelle propriété interfaciale et du processus de transfert d'énergie associé. Pour avancer dans la compréhension des propriétés thermiques interfaciales, il sera proposé de décrire comment les premières molécules liquides interagissent avec les atomes solides en utilisant des surfaces de haute ou de faible énergie. Pour ce faire nous développerons des surfaces modèles de topographie et de chimie de surface variées de manière à contrôler les forces de surface (électriques, ioniques ou acido-basiques). La possibilité d'induire des variations thermiques de manière passive [1], c’est-à-dire en utilisant l’énergie interfaciale est une approche qui à notre connaissance n’a été ni abordée et n’est pas attendue tant qu’il est communément admis que les fluctuations de densité garantissent l’uniformisation de la température [2]. Des techniques modernes d’analyse thermique et de micro-spectrométrie Raman de surface associée à des techniques de chimiométrie seront utilisées conjointement pour mettre expérimentalement en lumière ces phénomènes d’interface à différentes échelles. Une collaboration internationale est par ailleurs prévue pour développer de nouvelles approches fondamentales. Des progrès rapides dans la compréhension des mécanismes régissant les équilibres thermiques sont attendus.



Ce programme conviendra à un étudiant ayant de solides bases en physique ou physico-chimie des liquides, des polymères ou matériaux avec une forte motivation pour une approche expérimentale originale, un intérêt pour l’instrumentation et l’utilisation des Grands Instruments (LLB, Soleil, ESRF) pour les techniques de diffusion. Ce programme expérimental évoluera également en contact avec des collaborations établies avec des théoriciens de renommée mondiale en matière de modélisation multi-échelles.



1. L. Noirez, P. Baroni, J.F. Bardeau, Appl. Phys. Lett. 110 (2017) 213904.

2. L. Noirez, P. Baroni, J. Colloid and Surface, in press 2018.

Aspects physiques de la rupture des verres en corrosion sous contrainte

SL-DRF-18-0227

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Cindy ROUNTREE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Cindy ROUNTREE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

+33 1 69 08 26 55

Directeur de thèse :

Cindy ROUNTREE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

+33 1 69 08 26 55

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/cindy.rountree/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/spec/

Pour les 3 années de thèse, un financement par l'ANR a été obtenu en 2017. Une décision sur les candidatures reçues pourra être donnée par la laboratoire au début du printemps 2018.



Ce projet de recherche fondamentale et appliquée est motivé par la nécessité de prédire, contrôler et d’améliorer la durabilité mécanique des verres sur le long terme. Les verres d’oxydes sont utilisés pour de nombreuses structures (panneaux de protection, satellites, cellules photovoltaïques…) soumises à d’amener un endommagement générant une apparition et une propagation lente de fissure (Corrosion Sous Contrainte, CSC).



Des études récentes [1-3] ont dévoilé une méthode très innovante pour améliorer la réponse en corrosion sous contrainte qui consiste à irradier électroniquement le matériau. Cependant, l’irradiation par électrons engendre des zones de démixtion. La question qu’on se propose de résoudre ici est de vérifier si l’apparition de zone de démixtion (APS, Amorphous Phase Separation) est bien responsable de l’amélioration comportement en corrosion sous contrainte, puis de l’étudier pour ensuite augmenter la tenue en service des verres.

Le doctorat devra étudier les propriétés physiques, mécaniques et Corrosion Sous Contrainte (CSC) des verres avec APS. L'objectif principal étant d'étudier in situ la propagation de la fissure par corrosion sous contrainte et l'analyser des surfaces de fracture dans des verres avec APS. Cela fournira des informations sur le comportement de la fissure en régime de CSC en fonction des différentes phases présentes dans les verres avec APS.



Cette méthode a déjà été utilisée dans nos équipes de recherche pour étudier la surface de fracture en fonction de la vitesse de propagation de la fissure dans de la silice pure (SiO2) et dans plusieurs échantillons SBN ("Si" "O" _"2" "-" "B" _"2" "O" _"3" "-N" "a" _"2" "O" ). L’utilisation de ces techniques pour l’étude du comportement en CSC de verres SBN APS aidera à comprendre comment la structure physique des verres modifie les propriétés mécaniques. Le doctorant sera donc amené à utiliser différents techniques expérimentaux tels que la spectroscopie Raman, la spectroscopie RMN, l'absorption des rayons X et de collaborer avec d’autres équipe de recherche : CEA, DEN et Université de Rennes 1. Le but étant de corréler les mécanismes de fissuration des verres avec d’autres propriétés macroscopiques et microscopiques.



Sur le plan logistique, le candidat sera co-encadré par C.L. Rountree au CEA et F. Célarié de l'Université de Rennes 1. Des essais de synthèse de verre et des essais préliminaires auront lieu à l'Université de Rennes 1 puis les tests de fissuration en CSC seront effectués au CEA. En conclusion, le thème de ce projet est la compréhension de la source des changements dans la propriété macroscopique, et en particulier comment contrôler les propriétés de fissuration en CSC en faisant varier la structure des verres via l’apparition de zone de démixtion (APS).



Publications

1) “SiO2-Na2O-B2O3 density: A comparison of experiments, simulations, and theory.”

M. Barlet, A. Kerrache, J-M Delaye, and C. L. Rountree, Journal of Non-Crystalline Solids. 382, 32, (2013)

2) "Hardness and Toughness of Sodium Borosilicate Glasses via Vicker's indentations”

M. Barlet, J-M. Delaye, T. Charpentier, M. Gennisson, D. Bonamy, T. Rouxel, C.L. Rountree

Journal of Non-Crystalline Solids. 417–418:66-69 (June 2015).

DOI:10.1016/j.jnoncrysol.2015.02.005

3) “From network depolymerization to stress corrosion cracking in sodium-borosilicate glasses: Effect of the chemical composition.”

M. Barlet, J.-M. Delaye, B. Boizot, D. Bonamy, R. Caraballo, S. Peuget and C. L. Rountree

Journal of Non-Crystalline Solids. 450:174-184 (15 October 2016).

4) “Role of evaporation rate on the particle organization and crack patterns obtained by drying a colloidal layer”

K. Piroird, V. Lazarus, G. Gauthier, A. Lesaine, D. Bonamy and C. L. Rountree

Europhysics Letters, 113:38002 (February 2016).

Auto-assemblages supramoléculaires multi-composants modulables et magnétiques pour la spintronique

SL-DRF-18-0337

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Electronique et nanoPhotonique Organique (LEPO)

Saclay

Contact :

Fabien SILLY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Fabien SILLY

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

01 69 08 80 19

Directeur de thèse :

Fabien SILLY

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

01 69 08 80 19

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/fabien.silly/index.html

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LEPO/

L'habileté des molécules à s'auto-assembler sur des surfaces peut être exploitée pour développer des composants a l'échelle nanométrique. L’objectif de cette thèse est non seulement de former, mais aussi, de commander l'agencement de larges architectures moléculaires multi-composants pour contrôler l’agencement de nanoobjets magnétiques. Ces architectures magnétiques seront caractérisées par microscopie à effet tunnel sous ultra vide (STM-UHV), spectroscopie polarisée en spin (SP-STS) et rayonnement synchrotron. Ces nanostructures sont des systèmes modèles pour étudier les phénomènes magnétiques originaux apparaissant aux échelles nanométriques.

Caractérisation de la structure électronique d'interface des couches ultra-minces ferroélectriques HfZrO2 pour des mémoires non-volatiles à basse consommation d'énergie, CMOS-compatibles

SL-DRF-18-0824

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Etude des NanoStructures et Imagerie de Surface (LENSIS)

Saclay

Contact :

Claire Mathieu

Nicholas BARRETT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Claire Mathieu

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

+33 1 69 08 47 27

Directeur de thèse :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/claire.mathieu/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2075

L’Internet of Things (IoT) ou « objets connectés » nécessite un traitement intelligent, rapide et peu gourmand en énergie des données inhomogènes. L’e-Flash est actuellement la mémoire non-volatile (NVM) standard. Cependant, il souffre d’une vitesse d’écriture très lente, est consommateur d’énergie, possède une endurance limitée et enfin n’est pas robuste en milieux hostiles.



Les mémoires à base ferroélectriques (FeRAM) ont l’endurance la plus importante parmi tous les candidats de NVM, consomme peu d’énergie par bit. Cela fait d’eux d’excellents candidats pour remplacer Flash dans les applications embarquées.

Dans le cadre du projet européen H2020 3eFERRO, coordonné par le CEA, nous utiliserons de nouveaux matériaux ferroélectriques à base de HfO2, pour développer une technologie FeRAMS compétitive et versatile pour les e-NVM.

La formation d’une couche d’interface (CI) est d’une importance capitale dans la performance ultime des dispositifs et représente un défi majeur pour l’ingénierie de matériaux ferroélectriques HfO2.



Nous utiliserons des techniques de caractérisation avancées, telles que la photoémission avec les rayons X tendres et durs du rayonnement synchrotron, pour décrire la formation de la CI et ses conséquences sur l’alignement des bandes, les courants de fuites et les niveaux électroniques des défauts dans la bande interdite. Les résultats des études sur la structure, la chimie et les niveaux électroniques permettront une meilleure compréhension de l’influence des défauts et de la CI sur les paramètres des matériaux et les éventuelles performances des dispositifs.



L’imagerie des domaines ferroélectriques dans le HfO2 dopé et dans le HfZrO2 sera effectuée par la microscopie d’électrons à basse énergie et en photoémission (LEEM et PEEM) pour étudier la ferroélectricité à l’échelle nanométrique.

Le travail de thèse requiert une collaboration étroite avec les laboratoires partenaires du projet 3eFERRO. Le doctorant participera activement dans les différentes réunions du projet. Il ou elle effectuera plusieurs campagnes de mesure dans les synchrotrons, tels que Soleil (Saint Aubin) ; Elettra (Trieste) et Petra-3 (Hambourg).

Compréhension de l’évolution de la ténacité des zones de démixtion avec des simulations de dynamique moléculaire

SL-DRF-18-0877

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Cindy ROUNTREE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Cindy ROUNTREE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

+33 1 69 08 26 55

Directeur de thèse :

Cindy ROUNTREE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

+33 1 69 08 26 55

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/cindy.rountree/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/spec/index.php

Ce projet de recherche fondamentale et appliquée est motivé par la nécessité de prédire, contrôler et d’améliorer la durabilité mécanique des verres sur le long terme. Les verres d’oxydes sont utilisés pour de nombreuses structures (panneaux de protection, satellites, cellules photovoltaïques…) soumises à d’amener un endommagement générant une apparition et une propagation lente de fissure (Corrosion Sous Contrainte, CSC).



Des études récentes [1-3] ont dévoilé une méthode très innovante pour améliorer la réponse en corrosion sous contrainte qui consiste à irradier électroniquement le matériau. Cependant, l’irradiation par électrons engendre des zones de démixtion. La question qu’on se propose de résoudre ici est de vérifier si l’apparition de zone de démixtion (APS, Amorphous Phase Separation) est bien responsable de l’amélioration comportement en corrosion sous contrainte, puis de l’étudier pour ensuite augmenter la tenue en service des verres.



Le doctorat devra étudier les propriétés physiques, mécaniques et rupture des verres avec APS avec des simulations de dynamique moléculaire. L'objectif principal étant d'étudier les propriétés physiques et comment il change les propriétés de rupture dans des verres avec APS. Cela fournira des informations sur le comportement de la fissure en fonction des différentes phases présentes dans les verres avec APS.



Cette méthode a déjà été utilisée dans nos équipes de recherche pour étudier la fracture dynamique en fonction de la vitesse de propagation de la fissure dans de la silice pure (SiO2). L’utilisation de ces DM pour l’étude du comportement en CSC de verres SBN APS aidera à comprendre comment la structure physique des verres modifie les propriétés mécaniques. Le doctorant sera donc amené à utiliser différents systèmes de HPC (in-house et les supercalculateurs). Le but étant de corréler les mécanismes de fissuration des verres avec d’autres propriétés macroscopiques, mesoscopiques, et microscopiques.



Sur le plan logistique, le candidat sera encadré par C.L. Rountree au CEA. En conclusion, le thème de ce projet est la compréhension de la source des changements dans la propriété macroscopique, et en particulier comment contrôler les propriétés de fissuration en CSC en faisant varier la structure des verres via l’apparition de zone de démixtion (APS).

Conception de systèmes auxiliaires pour le calcul des observables

SL-DRF-18-0479

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Matteo GATTI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Matteo GATTI

CNRS - LSI

0169334538

Directeur de thèse :

Matteo GATTI

CNRS - LSI

0169334538

Page perso : http://etsf.polytechnique.fr/People/Matteo

Labo : http://etsf.polytechnique.fr

La théorie de la fonctionnelle de la densité nous dit que le potentiel externe, et donc toutes les observables, sont des fonctionnelles de la densité de l'état fondamental. Les fonctionnelles exactes, cependant, ne sont pas connues, et il faut trouver des approximations. Les recherches en cours se concentrent principalement sur l'énergie totale de l'état fondamental et sur la densité électronique. Pour obtenir la densité, Kohn et Sham [2] ont proposé l'idée d'utiliser un "système auxiliaire". Ceci est un système simplifié non-interagissant avec un potentiel qui est conçu de telle sorte que sa densité est égale à la densité du système réel. Bien sûr, ce potentiel effectif doit également être approximé, et beaucoup de travail va dans la recherche de meilleurs potentiels de Kohn Sham.



Pour accéder aussi à des observables autres que la densité, nous avons proposé [3] de généraliser l'idée Kohn-Sham d'un système auxiliaire, et nous avons récemment montré que c'est une stratégie prometteuse [4,5]. Dans cette thèse, nous allons essayer de concevoir des systèmes auxiliaires pour les observables qui n'ont jamais été calculées à ce jour. Par exemple, nous allons examiner comment les degrés de liberté de spin sont implicitement inclus dans de potentiels efficaces qui n'ont pas une dépendance explicite du spin.



[1] W. Kohn, "Nobel Lecture: Electronic structure of matter - wave functions and density functionals", Rev. Mod. Phys. 71, 1253 (1999).

[2] W. Kohn and L. J. Sham, "Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects", Phys. Rev. 140, A 1133 (1965)

[3] M. Gatti, V. Olevano, L. Reining, and I. V. Tokatly, “Transforming Nonlocality into a Frequency Dependence: A Shortcut to Spectroscopy”, Phys. Rev. Lett. 99, 057401 (2007)

[4] M. Vanzini, L. Reining, and M. Gatti, “Dynamical local connector approximation for electron addition and removal spectra”, arXiv:1708.02450

[5] M. Panholzer, M. Gatti, and L. Reining, “Non-local and non-adiabatic effects in the charge-density response of solids: a time-dependent density functional approach”, arXiv:1708.02992

Contrôle électro-mécanique des parois de domaines chargées

SL-DRF-18-0825

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Etude des NanoStructures et Imagerie de Surface (LENSIS)

Saclay

Contact :

Nicholas BARRETT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Directeur de thèse :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/nick.barrett/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2075

Les matériaux ferroélectriques sont isolants par nature mais la découverte récente de la conductivité aux parois de domaine a ouvert une nouvelle époque pour ces matériaux: les parois peuvent avoir des propriétés électroniques très différentes et peuvent être manipulées sous application de champs électriques modestes. Elles sont intrinsèquement nanométriques et en conséquence adaptée à la miniaturisation. La rupture conceptuelle est basée sur la paroi de domaine qui devient l’élément actif d’un dispositif. Dans certaines conditions, les parois chargées peuvent être crées avec une conduction métallique, d’un ordre de grandeur plus important que celui du volume grâce à un gaz quasi-2D d’électrons qui se forme à la paroi. Cette conductivité peut être contrôlée chimiquement ou électriquement. L’objectif du projet est de réaliser, étudier et contrôler de telles parois de domaines chargées dans le BaTiO3 et dans le BiFeO3.

Conversion spin/charge aux interfaces Rashba résolue en temps

SL-DRF-18-0953

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Michel VIRET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Michel VIRET

CEA - DSM/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 71 60

Directeur de thèse :

Michel VIRET

CEA - DSM/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 71 60

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/michel.viret/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LNO/

Courants à haute polarisation de spin dans des jonctions magnétiques à base des molécules organiques

SL-DRF-18-0443

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Mésocopie Modélisation et Thermoélectricité (GMT)

Saclay

Contact :

Alexander SMOGUNOV

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-05-2018

Contact :

Alexander SMOGUNOV

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

0169083032

Directeur de thèse :

Alexander SMOGUNOV

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

0169083032

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/alexander.smogunov/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/GMT/

Nous proposons une thèse dédiée à l'étude théorique du transport électronique polarisé en spin dans des jonctions constituées de molécules organiques connectées à deux électrodes ferromagnétiques – le sujet est d’un très grand intérêt dans le domaine de la spintronique organique/moléculaire [1]. Un accent particulier sera mis sur la possibilité d'optimiser et de piloter le degré de polarisation de spin du courant électrique et des propriétés de magnétorésistance – des concepts très importants en spintronique – par un choix judicieux de molécules ou par différents facteurs externes tels que la température (du fait de l'interaction entre électrons et vibrations moléculaires), le champ électrique (grille électrostatique) ou la tension mécanique sur la molécule exercée par des électrodes. L’idée principale, est d’exploiter le principe de symétrie des orbitales moléculaires – argument que nous avons avancé récemment [2] – qui peut permettre de filtrer le spin du courant électrique de manière efficace. Des méthodes ab initio basées sur la DFT (Théorie de la Fonctionnelle de la Densité) implémentée dans le code Quantum ESPRESSO [3], en combinaison avec des calculs de transport modèles, basés sur le formalisme de Keldysh, seront utilisés au cours de ce projet. De nouvelles fonctionnalités comme, par exemple, le couplage électron-phonon sur la molécule ou le transport thermique, seront implémentés dans les codes QE et le transport électronique.



[1] A. R. Rocha et al., Towards molecular spintronics, Nature Mater. 4, 335(2005); S. Sanvito,

Molecular spintronics, Chem. Soc. Rev. 40, 3336 (2011); V. Alek Dediu et al., Spin routes in

organic semiconductors, Nature Mater. 8, 707 (2009);

[2] A. Smogunov and Y. J. Dappe, Symmetry-Derived Half-Metallicity in Atomic and Molecular

Junctions, Nano Lett. 15, 3552 (2015);

[3] P. Giannozzi et al., QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for

quantum simulations of materials, Phys.: Condens. Matter 21, 395502 (2009).

Description théorique des processus non-linéaires dans les matériaux magnétiques

SL-DRF-18-0364

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Valérie VENIARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Valérie VENIARD

CNRS - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

01 69 33 45 52

Directeur de thèse :

Valérie VENIARD

CNRS - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

01 69 33 45 52

Page perso : http://etsf.polytechnique.fr/People/Valerie

La génération de seconde harmonique (SHG – Second Harmonic Generation) est un processus au cours duquel deux photons de fréquence "omega" sont absorbés par un matériau et un photon d'énergie "2xomega" est émis. Cette spectroscopie est utilisée pour étudier les propriétés optiques des matériaux car, comparée aux spectroscopies optiques linéaires, elle révèle des informations supplémentaires : les règles de sélection dipolaire interdisant la SHG dans les matériaux centro-symétriques, il est ainsi possible d'obtenir une caractérisation structurale et électronique de ces systèmes.



L'absence de symétrie d'inversion du temps dans des matériaux antiferromagnétiques fait également apparaître de nouvelles contributions dans la génération de seconde harmonique, révélant ainsi l'arrangement des spins dans le solide. Elle est utilisée pour l'étude des processus ultrarapides de démagnétisation.



Il existe peu de descriptions théoriques satisfaisantes de la SHG dans les matériaux magnétiques, car on doit traiter sur le même pied le couplage spin-orbite, les interactions électron-électron et les champs locaux.



Pour étudier ce processus, nous avons développé un formalisme dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité. Dans cette thèse, nous nous intéresserons plus particulièrement à l’interaction électron-électron, décrite par un noyau d'échange- corrélation fxc qui doit être approximé. Nous traiterons explicitement le couplage spin-orbite, en décrivant les orbitales électroniques par un spineur 2D. Nous étudierons ces effets pour un matériau antiferromagnétique typique, Cr2O3.

Dispositifs opto-electroniques hybrides à base de nanotubes de carbone pour la photonique sur silicium

SL-DRF-18-0445

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Arianna FILORAMO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Arianna FILORAMO

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-86-35

Directeur de thèse :

Arianna FILORAMO

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-86-35

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=filoramo

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/LICSEN/

Les nanotubes de carbone mono-paroi présentent des propriétés électroniques remarquables, qui ont fait l’objet d’études intensives aussi bien en recherche fondamentale que pour leurs applications en nanoélectronique. Plus récemment, avec le développement d’une meilleure maitrise du matériau d’autres perspectives et champs d’applications se sont ouverts. C'est notamment le cas en optique et en optoélectronique où les nanotubes de carbone constituent un matériau de choix.



Les nanotubes de carbone présentent en effet des transitions optiques dont l'énergie varie en fonction de leur diamètre et de leur chiralité et qui se situent généralement dans le proche infrarouge [1, 2]. Cette caractéristique combinée à leurs propriétés électriques exceptionnelles fait que les dispositifs optoélectroniques à base de nanotubes de carbone suscitent beaucoup d’intérêt [3, 4, 5]. Ces dispositifs permettraient d’envisager une avancée décisive pour les futurs circuits intégrés en combinant des propriétés électriques et des propriétés optiques/optoélectroniques/opto-mécaniques dans un seul type de matériau. Dans ce projet associant le laboratoire LICSEN de la DRF et le laboratoire LCO de la DRT, nous comptons tout d’abord contribuer à cette thématique par l’étude des propriétés d’électroluminescence et de photo-courant de nanotubes triés en chiralité [6-14]. La compréhension de ces phénomènes est primordiale pour réaliser des photo-détecteurs et des LEDs performantes, voire des sources de type laser.



Nous considèrerons ensuite plus particulièrement les dispositifs hybrides opto-électro-mécaniques et nous les intégrerons dans une plateforme photonique silicium. Le LICSEN (DRF) est très bien positionné sur la thématique des nanotubes de carbone et le LCO (DRT) est un expert reconnu dans le domaine de l’électromécanique, de la photonique et plus récemment dans celui de l’opto-mécanique.



[1] S. M. Bachilo et al. Science 298, 2361 (2002) ;

[2] O’Connell M. J. et al., Science 297, 593 (2002) ;

[3] Freitag et al., NanoLetter 6, 1425 (2006) ;

[4] Mueller et al., NatureNanotech. 5, 27 (2010) ;

[5] S.Wang et al. Nano Letter 11, 23 (2011);

[6] Nish, A. et al. Nat. Nanotechnol. 2, 640 (2007) ;

[7] Chen, F. et al. Nano Lett. 7, 3013 (2007) ;

[8] Nish, A. et al. Nanotechnology 19, 095603 (2008) ;

[9] Hwang, J.-Y. et al., J. Am. Chem. Soc. 130, 3543-3553 (2008) ;

[10] Gaufrès E. et al., Appl. Phys. Lett. 96, 231105 (2010) ;

[11] Gao, J. et al. Carbon 49, 333 (2011);

[12] Tange M. et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 4, 6458 (2012)

[13] Sarti F. et al Nano Research 9, 2478 (2016)

[14] Balestrieri M. et al Advanced Functional Materials 1702341 (2017).

Dynamique de skyrmions magnétiques dans les nanostructures

SL-DRF-18-0911

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Grégoire de Loubens

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Grégoire de Loubens

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 71 60

Directeur de thèse :

Grégoire de Loubens

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 71 60

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/gregoire.deloubens/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LNO/

Voir aussi : http://www.cnrs-thales.fr/spip.php?article64&lang=fr

Les skyrmions sont des singularités topologiques qui peuvent apparaître dans certains matériaux magnétiques où une interaction spécifique, dite de "Dzyaloshinskii-Moriya" (DM), est suffisamment intense pour forcer un état d'équilibre de l'aimantation non colinéaire. Ces objets topologiques sont des candidats intéressants pour le stockage et le transfert d'information, car ils sont naturellement couplés à la spintronique. Néanmoins, leur stabilité et leur dynamique restent à être étudiées. Récemment, il a été démontré que de telles structures, de taille typique quelques dizaines de nanomètres, pouvaient être stabilisées à température ambiante, notamment dans des nano-disques fabriqués à partir de multicouches présentant une aimantation perpendiculaire et une forte interaction DM. Leur spectre d'excitation a également été calculé, mais jamais encore mesuré. L'objectif principal de cette thèse sera donc de mesurer expérimentalement les modes d'ondes de spin dans des nanostructures individuelles accueillant des skyrmions isolés. Un autre aspect sera d'étudier des dispositifs radiofréquence basés sur des skyrmions, qui tireront partie des spécificités de leur dynamique d'aimantation pour la génération et la détection de fréquence, ou bien encore le traitement de signal.



Ce travail de thèse sera conduit en étroite collaboration entre le Service de Physique de l’État Condensé (CEA/CNRS) et l'Unité Mixte de Physique CNRS/Thales dans le cadre du projet ANR TOPSKY qui a débuté fin 2017. Il sera co-dirigé par Grégoire de Loubens (SPEC) et Vincent Cros (UMPhy).

Développement de fonctionnelles de densité pour des observables

SL-DRF-18-0478

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Lucia REINING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Lucia REINING

CNRS - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

0169334553

Directeur de thèse :

Lucia REINING

CNRS - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

0169334553

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=lreining

Labo : http://etsf.polytechnique.fr

La théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) [1] nous dit que le potentiel externe, et donc toutes les observables, sont des fonctionnelles de la densité de l'état fondamental. Les fonctions exactes ne sont évidemment pas connues, et beaucoup d'efforts sont consacrés à la conception d'approximations appropriées. Cependant, celles-ci sont pour la plupart limitées aux fonctionnelles pour l'énergie totale, et d'autres observables sont habituellement approximées en utilisant un seul Kohn-Sham déterminant de Slater [2] au lieu de la fonction d'onde à plusieurs corps.



Dans cette thèse, nous explorons la possibilité de construire des fonctionnelles de densité qui donneraient directement des observables. Les principaux ingrédients de notre approche sont une inversion iterative de la théorie des perturbations à plusieurs corps, et la conception d'un «connecteur» qui nous permet de bénéficier de calculs qui sont effectués une fois pour toutes dans un système modèle [3,4] . Nous avons déjà montré qu'en utilisant l'idée du connecteur, nous pouvons décrire des effets à plusieurs corps qui vont au-delà des capacités des approximations DFT habituelles, telles que les excitations à double plasmon dans les spectroscopies de perte d’énergie. En cas de succès, outre son intérêt intellectuel, cette stratégie pourrait avoir un fort impact dans le domaine de la conception des matériaux.

Cette thèse combinera un travail conceptuel, analytique et numérique. Puisqu'il est basé sur une nouvelle stratégie, nous nous attendons à obtenir des résultats importants même sans mettre en place un cadre très compliqué.





[1] W. Kohn, "Nobel Lecture: Electronic structure of matter - wave functions and density functionals", Rev. Mod. Phys. 71, 1253 (1999).

[2] W. Kohn and L. J. Sham, "Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects", Phys. Rev. 140, A 1133 (1965)

[3] M. Vanzini, L. Reining, and M. Gatti, “Dynamical local connector approximation for electron addition and removal spectra”, arXiv:1708.02450

[4] M. Panholzer, M. Gatti, and L. Reining, “Non-local and non-adiabatic effects in the charge-density response of solids: a time-dependent density functional approach”, arXiv:1708.02992

Etude du comportement en rupture de métamatériaux mécaniques dont la structure s'inspire de celle des os

SL-DRF-18-0887

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Daniel BONAMY

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Daniel BONAMY

CEA - DSM/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169082114

Directeur de thèse :

Daniel BONAMY

CEA - DSM/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169082114

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/2/daniel.bonamy.html

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX/

La recherche de matériaux combinant légèreté et résistance mécanique est un domaine en plein essor, tiré, dans le domaine du transport notamment par la volonté de réduire les émissions de CO2 et de développer des véhicules économes en carburant. Des progrès importants ont été accomplis récemment ; les méta-matériaux ou matériaux architecturés offre dans ce contexte un potentiel considérable (e.g micro-lattice inventé au Caltech et produit par Boeing).



L’idée proposée ici vise à obtenir une nouvelle classe de matériaux en introduisant une porosité invariante d’échelle (fractale) s’inspirant de la structure osseuse. Il s’agira aussi de regarder comment une telle structure poreuse se répercute en terme de "risques", i.e. de fluctuations statistiques autour du comportement moyen. L’objectif final est d’arriver à des outils de rationalisation rigoureux permettant de définir un/des optimums en termes de légèreté, résistance à la fissuration, et risques (au sens défini ci-dessus).



Nos recherches précédentes nous ont permis de développer un formalisme nouveau, à l’interface entre mécanique des milieux continus et physique statistique, capable de prendre en compte explicitement (dans des cas simples) les inhomogénéités de structure et de prédire les aspects statistiques induits sur le comportement en rupture. Il s’agira d’adapter ce formalisme au cas de porosité fractale. L’étude s’appuiera sur des approches numériques de type "Random Lattice model" de complexité croissante. Une attention particulière sera portée sur une caractérisation propre des fluctuations statistiques autour du comportement en rupture moyen. L’approche sera ensuite qualifiée au travers d’expériences menées sur des échantillons de porosité fractale obtenues par impression additive, puis cassées au moyen d’un dispositif expérimental original développé dans notre laboratoire et donnant accès à la ténacité et ses fluctuations statistiques.



Ce sujet de thèse met en jeux des notions appartenant à la fois à la physique statistique, l’ingénierie mécanique et la science des matériaux. Le candidat aura donc l’opportunité de manipuler les outils théoriques et expérimentaux utilisés dans ces trois domaines. Une collaboration avec le laboratoire FAST à Orsay est prévue. Enfin, le caractère à la fois très fondamental et appliqué de cette recherche permettra au candidat de trouver à l’issue de la thèse des débouchés dans le monde académique et dans l’industrie.

Etude in operando de microstructures multiferroïques encapsulées de type ferrite - pérovskite

SL-DRF-18-0351

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Antoine BARBIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Antoine BARBIER

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01.69.08.39.23

Directeur de thèse :

Antoine BARBIER

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01.69.08.39.23

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/137/antoine.barbier.html

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LNO/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2545&id_unit=9&id_groupe=179

Les oxydes ferroélectriques de structure pérovskite couplés à des ferrites magnétiques appartiennent à la nouvelle classe de matériaux multiferroïques artificiels. Ils suscitent un vif intérêt dans le domaine des applications liées à la spintronique et à la conversion de l’énergie. La nature du couplage, en particulier en condition d’opération sous stimulation d’un champ externe, reste largement inexplorée. On s’attachera à déterminer les conditions d’élaboration d’inclusions monocristallines de ferrites dans un film pérovskite par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma d’oxygène atomique au CEA ou par traitement thermique. Le comportement de ces inclusions sera déterminé en fonctionnement et en utilisant des méthodes de caractérisations basées sur l’exploitation des centres rayonnement synchrotron les plus avancés et plus particulièrement la spectromicroscopie, l’absorption, la diffraction des rayons X et le dichroïsme magnétique sur les lignes de lumières HERMES, DIFFABS et DEIMOS du synchrotron SOLEIL dans une approche collaborative. Le (la) candidate abordera l’ensemble des techniques d’ultra-vide, la croissance par épitaxie par jets moléculaires, des mesures de magnétométrie ainsi qu’un large panel de méthodes de caractérisations basées sur l’exploitation des centres rayonnement synchrotron les plus avancés.

Etude théorique de l’anisotropie magnétique de systèmes hybrides pour la spintronique moléculaire

SL-DRF-18-0045

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Mésocopie Modélisation et Thermoélectricité (GMT)

Saclay

Contact :

Cyrille BARRETEAU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-12-2017

Contact :

Cyrille BARRETEAU

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

+33(0)1 69 08 38 56

Directeur de thèse :

Cyrille BARRETEAU

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

+33(0)1 69 08 38 56

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/cyrille.barreteau/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/GMT/

Le nanomagnétisme est un domaine très fécond à la frontière de nombreuses disciplines. Il consiste en l’étude (et l’utilisation) du magnétisme de systèmes de taille nanométrique. Les propriétés magnétiques des nano-objets sont en générale fortement modifiées par rapport à leur équivalent volumique. L’enjeu est d’arriver à contrôler/manipuler leur propriétés magnétiques. Une des propriétés fondamentales des matériaux magnétiques est leur anisotropie qui est caractérisée par des directions d’aimantation préférentielles mais également par des propriétés de transport électronique qui dépendent de l’angle relatif entre l’aimantation et le courant électrique. Récemment il a été démontré que l’interaction d’une couche mince magnétique avec des molécules pouvait modifier fortement l’anisotropie de cette couche du fait de l’hybridation entre la molécule et les atomes de la surface du substrat. De même des expériences récentes ont mis en évidence des anisotropies de magnétorésistance (AMR : Anisotropic Magneto-Resistance) très fortes lorsque dans des constrictions de nickel connectées par une molécule de benzène.

Au cours de cette thèse nous nous proposons d’étudier à l’aide de méthodes de calcul de structure électronique ab-initio et/ou liaisons fortes l’anisotropie magnétique dans des systèmes hybrides substrat magnétique/molécule. On considéra dans un premier temps des couches de cobalt et/ou fer en interaction avec des molécules simples. Ensuite des molécules plus complexes seront considérées. L’objectif final étant de trouver les systèmes molécule/substrat qui présentent les propriétés optimales en vue de possibles applications.

Exploration de tellurates à structure nid d’abeille

SL-DRF-18-0896

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe Diffraction Poudres (GDP)

Saclay

Contact :

Françoise DAMAY-ROWE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Françoise DAMAY-ROWE

CNRS-UMR 12 - LLB - Laboratoire de Diffusion Neutronique

01 69 08 49 54

Directeur de thèse :

Françoise DAMAY-ROWE

CNRS-UMR 12 - LLB - Laboratoire de Diffusion Neutronique

01 69 08 49 54

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/francoise.damay/

Labo : http://www-llb.cea.fr/

Les oxydes de métaux de transition à structure nid d’abeille quasi bidimensionnelle offrent une grande variété de comportements magnétiques originaux, liés à la frustration du réseau magnétique, des états de liquide de spins quantiques aux ordres magnétiques non colinéaires ou dimérisés.



L’objectif général de la thèse est d’étudier de nouveaux oxydes de tellure à structure nid d’abeille, dérivés de la structure de PbSb2O6. L'enjeu sera d’établir des relations entre les structures cristallines et magnétiques, et les propriétés des composés étudiés, afin de mettre en exergue les paramètres qui gouvernent ces propriétés, et les relier aux prédictions théoriques. Dans le cas de composés non ordonnés, on s’attachera à décrire la nature de l’état fondamental et à le relier aux modèles théoriques existants. Dans le cas de composés présentant un ordre magnétique à longue distance, les propriétés physiques, en particulier de constantes diélectrique et de polarisation, seront caractérisées, en vue d’applications potentielles du type multiferroïcité.



La technique expérimentale principale sera la diffusion neutronique, qui permet d’avoir accès aux informations sur les réseaux cristallins et magnétiques statiques, ainsi que sur les excitations associées.

Exploration des fluctuations de spin dans les molécules photosensibles

SL-DRF-18-0416

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe Interfaces et Matériaux (GIM)

Saclay

Contact :

Gregory CHABOUSSANT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Gregory CHABOUSSANT

CNRS-UMR 12 - LLB - Laboratoire de Diffusion Neutronique

01 69 08 96 51

Directeur de thèse :

Gregory CHABOUSSANT

CNRS-UMR 12 - LLB - Laboratoire de Diffusion Neutronique

01 69 08 96 51

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/gregory.chaboussant/

Labo : http://www-llb.cea.fr/

Ce sujet s’inscrit dans le cadre du "nanomagnétisme" et s’intéresse aux propriétés fondamentales de nouveaux matériaux magnétiques (agrégats moléculaires magnétiques, nanoparticules magnétiques) qui présentent, pour certains de ces composés, des propriétés fonctionnelles intéressantes comme la photo-commutation ou le contrôle de l’aimantation à l’échelle moléculaire (stockage de l’information au niveau d’une seule molécule).



Les molécules dites à "transition de spins" ont la particularité de pouvoir changer radicalement leur état magnétique sous l’effet de la température ou d’une irradiation lumineuse (matériaux photomagnétiques). Cette transition s’opère par une conversion de l’état électronique des atomes magnétiques (conversion dite bas-spin vers haut-spin). Nous nous intéressons plus particulièrement à des nanoparticules de taille variable à base de Bleu de Prusse (NiCr, CoFe, etc.) qui sont ferromagnétiques à basse température, et certaines photomagnétiques.



Nous étudions les fluctuations superparamagnétiques de ces nanoparticules, et souhaitons poursuivre par l'étude des composés photomagnétiques de type CoFe. La thèse s'intéressera donc au magnétisme, aspects individuels et collectifs, de nanoparticules ferromagnétiques et photomagnétiques. Les expériences seront menées au LLB (CEA Saclay) ou à l’institut-Laue Langevin de Grenoble en utilisant des spectromètres de diffusion aux petits angles de neutrons polarisés, les diffractomètres et des magnétomètres.

Génération d'électrons chauds d'origine plasmonique : Physique et applications

SL-DRF-18-0292

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Electronique et nanoPhotonique Organique (LEPO)

Saclay

Contact :

Ludovic DOUILLARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Ludovic DOUILLARD

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

01 69 08 36 26

Directeur de thèse :

Ludovic DOUILLARD

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

01 69 08 36 26

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/ludovic.douillard/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/lepo/

Physique et applications d'électrons chauds d'origine plasmonique



A petite échelle, l’interaction de la lumière avec un objet métallique se traduit par l’occurrence de résonances au sein du spectre d’absorption, les résonances plasmon. Ces résonances correspondent aux processus d’oscillations collectives des électrons de conduction du métal [Mie 1908] et constituent un domaine de recherche à part entière baptisé plasmonique. Au-delà des aspects de manipulation du champ proche optique, un objet métallique à résonance plasmon constitue une source d’électrons chauds, dont les propriétés électroniques atypiques peuvent être mises à profit pour la conduite de réaction de chimie locale.



Ce travail a pour objectif d’étudier la physique amont de la production des électrons chauds par un objet métallique de petite taille en lien avec des applications, notamment médicales telles que la thérapie photodynamique ciblée. Il s’agit d’un travail à dominante expérimentale en collaboration étroite avec un partenariat pertinent de physiciens, chimistes, biologistes et oncologues issus de différentes institutions (CEA, CentraleSupélec, Hospital Saint-Louis). Il bénéficiera de l’expérience acquise par le groupe CEA IRAMIS SPEC en microscopie LEEM / PEEM (Low Energy Electron / PhotoEmission Electron Microscopy), dont le principe repose sur le suivi de la distribution des photoélectrons émis en réponse à une excitation plasmon [Douillard 2012, 2011] et constitue par la même une technique de choix pour ce type d’étude.



Les objectifs visent à répondre à d’importantes questions fondamentales relatives à l’émission d’électrons chauds par une particule métallique sous excitation optique multiphotonique. Il s’agit notamment de déterminer la dynamique d’émission des porteurs de charges (expérience pompe sonde) et leurs distributions tant spatiale à l’échelle du nano-objet, qu’énergétique au travers de spectres en énergie cinétique d’objets individuels. L’objectif ultime s’inscrit dans le cadre d’un projet d’oncologie médicale, dont le but est l’optimisation de thérapies en cours de développement, notamment photothermique et photodynamique.



Mots clefs : Electrons chauds, plasmon, laser, PEEM, LEEM



[Mie 1908] G. Mie, Ann. Phys. (Leipzig) 25 (1908) 377

[Douillard 2012, 11] C. Awada, et al. J. of Phys. Chem. C 16 (2012) 14591 DOI 10.1021/jp303475c, L. Douillard, F. Charra. J. of Phys. D: Applied Physics 44 (2011) 464002 DOI:10.1088/0022-3727/44/46/464002, C. Hrelescu, et al. Nano Lett. 11 (2011) 402–407 DOI: 10.1021/nl103007m



Laboratoire d’accueil CEA IRAMIS SPEC UMR CNRS 3680

Correspondant CEA chargé du suivi de la thèse ludovic.douillard@cea.fr

Ecole doctorale Ondes et Matière, Univ. Paris Saclay.

Imagerie par Résonance Magnétique à très bas Champ

SL-DRF-18-0386

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Claude FERMON

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Claude FERMON

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 94 01

Directeur de thèse :

Claude FERMON

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 94 01

Nous avons développé des capteurs magnétiques, appelés capteurs mixtes, basés sur la combinaison d’une boucle supraconductrice et d’un microcapteur à magnétorésistance géante atteignant une sensibilité de l’ordre du femtoTesla. Ces capteurs ouvrent la possibilité d’explorer un nouveau domaine : la Résonance Magnétique Nucléaire et l’Imagerie par Résonance Magnétique à très bas champ (de l'ordre du milliTesla).



Actuellement un système prototype d'IRM très bas champ tête entière a été réalisé et a montré la pertinence de l'approche. Le but de la thèse sera d’une part de participer à l'installation du système à Neurospin et d'implémenter des méthodes d'accélération de l'acquisition basée sur une optimisation de la couverture de l'espace réciproque. En parallèle, un travail sur la génération suivante de capteurs magnétiques basée sur des jonctions tunnel magnétiques sera réalisé avec pour objectif d'améliorer le rapport signal sur bruit.

Jonctions magnétiques tout oxyde

SL-DRF-18-0643

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Aurélie Solignac

Thomas Maroutian

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Aurélie Solignac

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 95 40

Directeur de thèse :

Thomas Maroutian

Université Paris Sud - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)

01 69 15 78 38

Page perso : http://iramis.cea.fr/spec/Pisp/aurelie.solignac/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LNO/

Le sujet porte sur la conception, la fabrication et la caractérisation de dispositifs à magnétorésistance géante (GMR) tout oxyde. Il a pour objectif de combiner la très haute polarisation de spin rencontrée dans les oxydes de la famille des manganites avec le fonctionnement à bas bruit d'un dispositif à GMR. Expérimentalement, il s’agira d’étudier le transport dépendant du spin dans des hétérostructures d'oxydes épitaxiés, et de déterminer les effets d'une ingénierie des matériaux et des interfaces. Les performances de jonctions GMR seront évaluées à l'aune d'applications pour les capteurs magnétiques.

Modes à constante diélectrique proche de zéro dans des métamatériaux pour l’optoélectronique

SL-DRF-18-0399

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Electronique et nanoPhotonique Organique (LEPO)

Saclay

Contact :

Simon VASSANT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Simon VASSANT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

+33 169 089 597

Directeur de thèse :

Simon VASSANT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

+33 169 089 597

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/simon.vassant/index.php

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LEPO/

Notre équipe déjà démontré théoriquement et expérimentalement l’intérêt de modes électromagnétiques spécifiques (modes "Epsilon-near-zero") pour l’optoélectronique. Ces modes permettent de confiner la lumière dans une couche d’épaisseur sub-longueur d’onde (donc inférieure à la profondeur de pénétration du rayonnement) et maximisent ainsi l’interaction entre les photons et la matière.



Le sujet de thèse porte sur la conception, la réalisation et la caractérisation de matériaux artificiels (métamatériaux) pour réaliser et contrôler ces modes électromagnétiques.



Deux approches seront envisagées :

- La première repose sur des concepts de détecteur à cascade quantique, en partenariat avec le C2N, l’ONERA, l’Institut d’Optique et le 3-5 Lab (Thalès) dans le cadre d’un projet ANR financé de 2018 à 2022.

- La seconde, plus exploratoire, propose d’utiliser des assemblages supra-moléculaires sur du graphène. Cette technique est au cœur de l’expertise du laboratoire.



Le doctorant devra modéliser et dimensionner les structures à réaliser (à l’aide de codes numériques déjà développés), puis devra fabriquer et caractériser les échantillons réalisés. Une partie de la fabrication sera réalisée en salle blanche.

Modélisation de la croissance des nitrures III de structure wurtzite pour composants hyperfréquence de puissance

SL-DRF-18-0740

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP)

Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP)

Saclay

Contact :

Jun CHEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Jun CHEN

Université de Caen - CIMAP - Centre de Recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique

02 33 80 85 21

Directeur de thèse :

Jun CHEN

Université de Caen - CIMAP - Centre de Recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique

02 33 80 85 21

Page perso : http://cimap.ensicaen.fr/spip.php?article204

Labo : http://cimap.ensicaen.fr/spip.php?rubrique99

Voir aussi : http://cimap.ensicaen.fr/

Les matériaux semi-conducteurs III-V ((In,Ga,Al)N de structure wurtzite ont des propriétés physiques très importantes, leur bande interdite directe permet de couvrir une étendue inégalée par aucune autre famille de matériaux, de plus ils ont des caractéristiques de céramique ce qui leur confèrent une très bonne stabilité mécanique et thermique. Ils peuvent donc être à la base de composants (émetteurs et/ou détecteurs) susceptibles de fonctionner dans des environnements hostiles. Pour la fabrication des transistors hyperfréquences fiables à barrière d’InAlN, la croissance des couches de bonne qualité constitue encore un défi important. Dans ce cadre, le sujet de thèse proposé par l’équipe PM2E du CIMAP consistera à développer la modélisation par dynamique moléculaire pour appréhender la croissance de ces alliages. Les méthodes développées seront intégrées dans nos outils déjà existants pour la modélisation et simulation des propriétés des matériaux qui deviennent de plus en plus multi-échelle, la modélisation sera complétée par des analyses de microscopie électronique en étroite collaboration avec les industriels qui mènent la croissance des hétérostructures et la fabrication des composants.

Nanocristaux métalliques magnétiques pour la spintronique

SL-DRF-18-0336

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Electronique et nanoPhotonique Organique (LEPO)

Saclay

Contact :

Fabien SILLY

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Fabien SILLY

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

01 69 08 80 19

Directeur de thèse :

Fabien SILLY

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

01 69 08 80 19

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/fabien.silly/index.html

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LEPO/

La structure et la forme de nano-objets métalliques magnétiques influencent drastiquement leurs propriétés électroniques aux échelles nanométriques. L’objectif de cette thèse est de contrôler la croissance de nanocristaux métalliques de forme, taille, structure et composition chimique différentes et d’explorer comment ces paramètres modifient leurs propriétés magnétiques. Ces nanocristaux magnétiques seront caractérisés par microscopie à effet tunnel sous ultra vide (STM-UHV), spectroscopie polarisée en spin (SP-STS) et Rayonnement synchrotron. Ces nanostructures sont des systèmes modèles pour appréhender les phénomènes magnétiques originaux apparaissant aux échelles nanométriques.

Nouveaux états électroniques dans les monocristaux et films minces d’iridates

SL-DRF-18-0419

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Jean-Baptiste MOUSSY

Dorothée COLSON

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Jean-Baptiste MOUSSY

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01-69-08-92-00

Directeur de thèse :

Dorothée COLSON

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 73 14

Page perso : http://iramis.cea.fr/spec/Pisp/jean-baptiste.moussy/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LNO/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/spec/Pisp/dorothee.colson/

Les iridates (composés à base d'iridium, tel que : Sr2IrO4, Sr3Ir2O7 ...) ont récemment attiré l'attention du fait de leurs propriétés physiques originales, telles que la supraconductivité à haute température critique ou l'état d'isolant topologique (matériau isolant en volume mais possédant des états de surface métalliques), dû à la présence d'un fort couplage spin-orbite et de fortes interactions électroniques. En particulier, l'identification d'une phase topologique dans ces oxydes devrait permettre d'explorer de nouvelles façons de manipuler le spin des électrons, un point clé pour les applications en spintronique.



Le but de ce projet de thèse est d'étudier l'émergence d'isolants de Mott (localisation des électrons dans une phase conductrice), de propriétés magnétiques et topologiques dans des monocristaux, des couches simples et des hétérostructures d'iridates. Plus précisément, les objectifs de la thèse seront de synthétiser de nouveaux composés de la famille des iridates (par exemple, Sr2IrO4 et Sr3Ir2O7) sous forme de monocristaux et de couches minces pour explorer leurs propriétés électroniques (nouvelles phases topologiques, nouveaux isolants Mott, etc.). Pour la croissance de monocristaux, la méthode d'auto-flux sera choisie. Les cristaux des composés purs seront synthétisés et le dopage électronique sera réalisé par des substitutions cationiques (par exemple Sr / La).



Les cristaux seront ensuite caractérisés par différentes techniques : diffraction de rayons X, microsonde électronique et mesures magnétiques (SQUID, magnétométrie VSM). Pour les films minces, une nouvelle technique de croissance sous ultra-vide développée au laboratoire sera utilisée : la méthode de dépôt par laser pulsé (PLD) avec un faisceau laser en régime nanométrique ou femtoseconde. La PLD est une technique bien connue pour la croissance épitaxiale de couches minces d'oxyde (cuprates, manganites, ferrites ...), qui est basée sur l'ablation par un faisceau laser de la cible du matériau à déposer sur un substrat monocristallin. Une attention particulière sera portée aux propriétés structurales et physiques des couches minces d'oxydes en utilisant la diffraction d'électrons in situ (RHEED), la spectroscopie par photoémission (XPS / UPS) ou des techniques ex situ comme la microscopie en champ proche (AFM), le magnétisme (SQUID, VSM).



Les propriétés électroniques des échantillons (cristaux et films) seront ensuite étudiées en collaboration avec le LPS-Orsay, y compris les mesures électriques et l'effet Hall de spin quantique, qui est la signature d'un état topologique.

Optimisation d'un laboratoire sur puce à base de capteurs GMR pour du diagnostic précoce et rapide

SL-DRF-18-0766

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Guenaelle Jasmin-Lebras

Claude FERMON

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Guenaelle Jasmin-Lebras

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 65 35

Directeur de thèse :

Claude FERMON

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 94 01

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/guenaelle.jasmin-lebras/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LNO/

Le développement de techniques de diagnostic précoce, est un vrai défi dans le domaine médical ou de la défense. Il s’agit d’obtenir un outil capable de détecter rapidement, de façon simple, sensible et spécifique, différents objets biologiques rares en réponse à un besoin d’urgence de diagnostic clinique et/ou de biosécurité. L’approche proposée par le LERI et le LNO est en cela très innovante. Elle est basée sur la combinaison d’un marquage spécifique des anticorps développés au LERI avec des nanoparticules magnétiques et leur détection dynamique avec des capteurs magnétiques à base d’électronique de spin très sensibles. Le LNO possède une très grande expertise dans la conception et l’utilisation de ces capteurs GMR. Ils détectent de très faibles champs magnétiques et présentent l'avantage de pouvoir être intégrés dans des biopuces (facilement transportables). La collaboration transversale LNO/LERI permet donc d’envisager des tests de diagnostic rapide, de moindre coût dans des zones parfois dépourvues de toute infrastructure médicale de pointe. Ce sujet fait actuellement l’objet d’une thèse. La spécificité du test a pu être mise en évidence en étudiant des cellules cancéreuses de type myélome murin.



Au cours de cette thèse qui se fera en collaboration avec le LERI, il s’agira d’une part d’augmenter la rapidité du test en multipliant les canaux et les capteurs sur le dispositif actuel, d’autre part de poursuivre l’étude sur des objets biologiques de plus petite taille (bactéries et protéines). Au LNO, il faudra donc modifier le laboratoire sur puce actuel. L’étudiant devra donc mettre au point un nouveau dispositif comprenant des capteurs GMR et des canaux microfluidiques avec les différentes techniques disponibles dans le service (Salle blanche, découpe laser, machines de dépôts). En collaboration avec le LERI (DSV/IBITECS), spécialisé depuis de nombreuses années dans le développement de tests rapides de détection, il fonctionnalisera des particules magnétiques avec divers anticorps dirigés contre différents objets biologiques comme des bactéries pathogènes impliquées dans des infections alimentaires, et protéines responsables de la résistance aux antibiotiques), puis évaluera la sensibilité et la spécificité des tests développés.

Photo-électrolyse de l’eau assistée par un potentiel interne

SL-DRF-18-0353

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Hélène MAGNAN

Antoine BARBIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Hélène MAGNAN

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 94 04

Directeur de thèse :

Antoine BARBIER

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01.69.08.39.23

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/helene.magnan/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LNO/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=1996&id_unit=0&id_groupe=196

La photo-électrolyse de l’eau permet la production directe d’hydrogène, en utilisant l’énergie solaire. Les photo-anodes les plus performantes sont obtenues avec des oxydes métalliques. Toutefois, à ce jour, aucun oxyde semi-conducteur simple ne réunit toutes les propriétés de photo-anode nécessaires pour permettre une production raisonnable d’hydrogène par ce procédé.



Dans la thèse expérimentale proposée, nous proposons d’utiliser la polarisation électrique d’un ferroélectrique pour exalter la séparation de charge dans les photoanodes. Pour cette étude, nous étudierons des échantillons modèles préparés par épitaxie par jets moléculaires et étudierons l’influence de l’orientation de la polarisation électrique (vers le haut, vers le bas, non polarisé et multi domaines) sur l’efficacité pour la photo-électrolyse. De plus, afin de comprendre le rôle exact de la polarisation, nous mesurerons en utilisant le rayonnement synchrotron, la durée de vie de la paire électron-trou et la structure électronique pour les différents états de polarisation. Cette thèse s’inscrit dans un projet de recherche collaboratif entre le CEA, le synchrotron SOLEIL et avec l’université de Bourgogne pour la modélisation des systèmes étudiés.

Simulation ab initio de phénomènes de transport dans des jonctions à l’échelle atomique

SL-DRF-18-0899

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Mésocopie Modélisation et Thermoélectricité (GMT)

Saclay

Contact :

Alexander SMOGUNOV

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Alexander SMOGUNOV

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

0169083032

Directeur de thèse :

Alexander SMOGUNOV

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

0169083032

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/alexander.smogunov/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/GMT

La thèse est dédiée au développement de code pour étudier théoriquement des phénomènes de transport dans des systèmes ouverts quantiques de taille nanométrique, constitués de deux réservoirs macroscopiques connectés par une jonction à l’échelle atomique – sujet de très grand intérêt du point de vue fondamental mais aussi pour des applications technologiques.



Les électrodes macroscopiques peuvent être constituées par des surfaces (magnétiques) métalliques ou par des plans de matériaux bidimensionnels (tels que le graphène) et la jonction réalisée par une chaîne atomique ou une molécule (magnétique) unique. Plusieurs types de canaux de transport dans le système, comme par exemple une propagation d’électrons ou de phonons, vont être traités de façon unique en utilisant une approche quantique de fonctions de Green hors équilibre [1]. Le code s'appuiera sur un modèle réaliste de liaisons fortes avec les paramètres nécessaires qui seront extraits des calculs ab initio dans le cadre de la DFT (Théorie de la Fonctionnelle de la Densité). Comme outil principal de DFT nous allons utiliser le package Quantum ESPRESSO (QE) [2] – un des codes de structure électronique les plus précis à base d’ondes planes. Notre code va généraliser le code de transport quantique PWCOND [3] (qui est inclus dans QE) dans le but d’être appliqué aux phénomènes de transport d’un point de vue général, et de traiter des systèmes quantiques de plus grande échelle. Il va permettre en particulier de calculer des courants électriques et thermiques en fonction d’un voltage appliqué ou d’un gradient de température, et ainsi d'explorer différents effets thermoélectriques. En outre, des interactions électron-électron ou électron-phonon dans la jonction peuvent être naturellement implémentés dans le modèle, ce qui permettra aussi d'adresser la physique de Kondo ou d’étudier la conversion et les échanges d'énergie entre degrés de liberté électroniques et phononiques.



[1] J. C. Cuevas and E. Scheer, Molecular Electronics: An Introduction to Theory and Experiment, World Scientific (2010)

[2] P. Giannozzi et al., QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials, Phys.: Condens. Matter 21, 395502 (2009)

[3] A. Smogunov, A. Dal Corso, E. Tosatti, Ballistic conductance of magnetic Co and Ni nanowires with ultrasoft pseudo-potentials, Phys. Rev. B 70, 045417 (2004)

Simulations ab initio d’images STM polarisées en spin

SL-DRF-18-0886

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Mésocopie Modélisation et Thermoélectricité (GMT)

Saclay

Contact :

Yannick DAPPE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Yannick DAPPE

CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

+33 (0)1 69 08 84 46

Directeur de thèse :

Yannick DAPPE

CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

+33 (0)1 69 08 84 46

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/yannick.dappe/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/GMT

Depuis sa création il y a plus de 30 ans par Binnig et Rohrer, le microscope électronique à effet tunnel (STM) est devenu un instrument de choix, non seulement pour l’étude des structures atomiques de surfaces ou de nanostructures en surface, mais également pour la détermination des propriétés électroniques de ces systèmes. Cependant, la complexité des images obtenues expérimentalement requiert fréquemment un support théorique avancé pour parvenir à une correcte interprétation des données expérimentales. En ce sens, la détermination de la structure atomique et électronique sur la base de calculs dans le cadre de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) représente un outil complémentaire très intéressant pour la caractérisation de ces systèmes. L’objet de cette thèse est de poursuivre plus avant les développements numériques en termes de simulation d’images STM par la prise en compte des effets de polarisation de spin. En effet, l’étude des nanostructures magnétiques revêt une importance fondamentale dans la recherche actuelle du fait des nombreuses applications dans les technologies de l’information et de la communication. Au cours de ce travail, il s’agira donc d’introduire la polarisation de spin dans un code de calcul de DFT, puis de reprendre les développements précédemment réalisés pour calculer le courant polarisé en spin entre la pointe STM et le système étudié. Ces développements seront ensuite confrontés à des systèmes expérimentaux de référence.

Transitions supermagnétiques dans les super-réseaux de nanoparticules magnétiques

SL-DRF-18-0451

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

caroline RAEPSAET

Sawako NAKAMAE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

caroline RAEPSAET

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169082423

Directeur de thèse :

Sawako NAKAMAE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087538

Labo : https://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX

Les interactions entre nanoparticules magnétiques entraînent une grande variété de comportements magnétiques dont l'étude à elle seule constitue un domaine émergent de la physique : le "supermagnétisme". Dans le cadre de ce projet de thèse, nous proposons une étude expérimentale des transitions supermagnétiques : verre de superspins (SSG) et superferromagnétisme (SFM) dipolaire, dans des supracristaux (SC) de nanoparticules (NP) de cobalt aux contraintes structurelles contrôlées.



Nous travaillons sur des supracristaux 3D, solides artificiels dont la brique élémentaire est non plus l'atome mais la nanoparticule, petit cristal de dimension nanométrique. Comme dans les solides atomiques, les nanoparticules sont organisées suivant une structure spécifique, dans notre cas un réseau cubique à faces centrées, qui présente une compacité importante. Régulièrement organisées sur les sites supracristallins, les nanoparticules peuvent donc interagir entre elles par interaction magnétique dipolaire. La simplicité géométrique de ces supracristaux en fait un système "réel" simple et riche d’enseignements, qui peut être modélisé numériquement et théoriquement. Les échantillons de supracristaux sont préparés par le laboratoire MONARIS, UPMC/CNRS, dans des conditions de cristallinité (des NP et des SC) et de morphologie contrôlées.



Le sujet de cette thèse concerne l’étude expérimentale de l’évolution de l’état magnétique de supracristaux de nanoparticules de cobalt. Nous travaillerons à partir de deux méthodes de mesures : une méthode globale par magnétomètrie à SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) et une méthode microscopique par sonde de Hall de taille micrométrique. Cette deuxième méthode permet de mesurer le champ magnétique local dans des domaines de taille micrométrique, donc comparables à celle d’un supracristal isolé, et peuvent être sensibles au retournement d’aimantation d'un petit nombre de nanoparticules. A l’aide de ces deux méthodes, nous espérons pouvoir détecter une transition SSG/SFM dans un supracristal unique monocristallin, preuve expérimentale décisive de l’existence du SFM dipolaire.



Le principal enjeu de ce travail concerne la physico-chimie fondamentale : mise en évidence d’un état superferromagnétique dipolaire prévu par la théorie mais non encore observé expérimentalement dans les systèmes 3D. Le travail expérimental effectué dans le cadre de la thèse se fera donc en étroite collaboration avec les théoriciens, pour interpréter les résultats expérimentaux mais également pour valider les modèles développés. Enfin l’utilisation de ces supracristaux intéresse le domaine médical, le stockage de données…



Les expériences projetées feront intervenir des connaissances en magnétisme des nanoparticules, des techniques de mesures magnétiques (magnétométrie ultra-sensible intégrant des mesures à faible niveau) et de cryogénie, des analyses statistiques et l'interprétation de résultats expérimentaux. Les candidats motivés auront la possibilité de participer à la synthèse des NP, des SC et à leurs caractérisations structurales (SAXS, TEM, MEB, etc.).

Étude ab initio des propriétés électroniques de l'oxalate de calcium

SL-DRF-18-0461

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Francesco SOTTILE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Francesco SOTTILE

Ecole Polytechnique - UMR 7642

0169334549

Directeur de thèse :

Francesco SOTTILE

Ecole Polytechnique - UMR 7642

0169334549

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=fsottile

Labo : http://etsf.polytechnique.fr/

Voir aussi : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/recherche/spectroscopie-theorique

L'oxalate de calcium est un composé chimique présent dans les plantes (utilisé pour se se désintoxiquer de l'excès de calcium), dans des procédures conduites par l'homme (comme dans le brassage de la bière, quand il produit les célèbres "pierres de bière" ou "beerstones"), et constitue le composé le plus commun de calculs rénaux. En particulier, pour son intérêt médical lié à cette dernière application, le but de ce travail de doctorat est d'étudier la structure, les propriétés électroniques et diélectriques des différents prototypes d'oxalate de calcium : anhydre, mono-, di- et tri-hydrates.



Les objectifs du travail portent sur l'obtention de mesures optiques de référence et de spectres de perte pour les différentes phases. Autre objectif est de proposer des nouvelles expériences, à la fois avec des rayons X (Diffusion Inélastique des rayons X) et avec des électrons (Électron Energy Loss Spectroscopie). Le/la candidat(e) au doctorat possède de bonnes bases en physique de l'état solide.

Étude théorique d’électrodes en graphène pour l’Electronique Moléculaire

SL-DRF-18-0818

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Mésocopie Modélisation et Thermoélectricité (GMT)

Saclay

Contact :

Yannick DAPPE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Yannick DAPPE

CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

+33 (0)1 69 08 84 46

Directeur de thèse :

Yannick DAPPE

CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

+33 (0)1 69 08 84 46

Page perso : http://iramis.cea.fr/spec/Pisp/yannick.dappe/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/GMT/

L’électronique moléculaire constitue de nos jours un domaine de recherche très actif, tant pour les aspects fondamentaux de ces nouveaux systèmes qui permettent d’explorer la Physique à l’échelle atomique, que par les possibles retombées en termes de composants électroniques innovants. En effet, outre la capacité à reproduire les composants électroniques à base de silicium (diodes, transistors, …), les molécules peuvent apporter de nouveaux types de réponses électriques du fait d’un grand nombre de degrés de liberté quantiques, modulables en fonction de la molécule considérée. En effet, la nature quantique de ces objets ainsi que les nouvelles fonctionnalités qui y sont associées, ouvrent des perspectives fascinantes pour construire l’électronique du futur.



En conséquence, ces nouvelles recherches ont conduit à d’importants développements dans le domaine de l’électronique moléculaire, notamment pour ce qui est du contrôle et de la manipulation du transport électronique à travers une jonction moléculaire. La majorité des jonctions moléculaire est fabriquée à base de molécules connectées à leurs extrémités par des électrodes métallique (or, platine, argent, ….). Or il a été démontré à plusieurs reprises que la connexion de l’électrode à la molécule présente une influence non négligeable sur la conductance électrique du système. En ce sens, de récents développements ont proposés l’utilisation de nouveaux matériaux tels que le graphène, une couche monoatomique de carbone, réputée pour ces fantastiques propriétés de conduction électrique, comme électrodes dans les jonctions moléculaires. Ainsi, il a été observé que la connexion à une électrode en graphène permet d’augmenter significativement la conductance de la jonction pour de longues chaînes moléculaires, et donc de réduire le coût énergétique de ces systèmes.



L’objectif principal de cette thèse s’inscrit dans ce cadre par l’étude théorique de jonctions moléculaires asymétriques, basées sur des électrodes en graphène ou MoS2, ainsi que l’étude de fils moléculaires décollés de la surface par une pointe STM. En utilisant la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), on déterminera la configuration d’équilibre de la jonction moléculaire, ainsi que des propriétés électroniques, avant dans un deuxième temps, à partir des configurations d’équilibre obtenues, de calculer le transport électronique dans un formalisme de Keldysh-Green. Il s’agira alors de comprendre le mécanisme d’augmentation de la conductance par rapport aux jonctions classiques, et de les comparer aux résultats expérimentaux existants. Les différents comportements attendus dans ces systèmes permettent d’étudier la Physique du transport électronique à l’échelle atomique, et peuvent être à l’origine de la conception de nouveaux composants à l’échelle de la molécule unique.

Manipulation de l’état quantique d’excitations supraconductrices individuelles dans des nanofils

SL-DRF-18-0964

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Quantronique (GQ)

Saclay

Contact :

Marcelo GOFFMAN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Marcelo GOFFMAN

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

0169085529

Directeur de thèse :

Marcelo GOFFMAN

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

0169085529

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/marcelo.goffman/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/Pres/Quantro/static/index.html

Les électrons dans les supraconducteurs forment des paires de Cooper auxquelles on n’a pas accès individuellement parce qu’elles sont superposées et délocalisées. Des états localisés apparaissent pourtant dans les liens faibles entre électrodes supraconductrices. En utilisant des contacts atomiques, nous avons fait la spectroscopie de ces états [1] et démontré la manipulation cohérente de paires de Cooper localisées [2].



L’objet du stage est de développer des expériences similaires avec des nanofils semiconducteurs d’InAs comme liens faibles entre des supraconducteurs. On s’attend à ce que les temps de cohérence quantique soient plus longs ; en outre, il devrait être possible de manipuler le spin d’électrons localisés parce que le couplage spin-orbite est fort dans l’InAs.



L’étudiant(e) abordera des concepts avancés en mécanique quantique et en supraconductivité. Il apprendra aussi des techniques expérimentales variées : la nanofabrication, les basses températures, les mesures bas-bruit et les mesures microonde. Il/elle sera intégré/e dans un groupe de recherche actif dans le domaine de l’électronique quantique.





[1] L. Bretheau et al., “Exciting Andreev pairs in a superconducting atomic contact”

Nature 499, 312 (2013). arXiv:1305.4091

[2] C. Janvier et al., “Coherent manipulation of Andreev states in superconducting atomic contacts”

Science 349, 1199 (2015), arXiv:1509.03961

Transport quantique de chaleur dans les hétérostructures de Van der Waals à base de graphène

SL-DRF-18-0412

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Nano-Electronique (GNE)

Saclay

Contact :

François PARMENTIER

Patrice ROCHE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

François PARMENTIER

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GNE

+33169087311

Directeur de thèse :

Patrice ROCHE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GNE

0169087216

Labo : http://nanoelectronics.wikidot.com/research

L'objectif de ce projet est d'explorer par des mesures de bruit le transport quantique de chaleur dans les nouveaux états de la matière apparaissant dans le graphène ultra-propre sous fort champ magnétique.



L’obtention d’échantillons de graphène (un cristal bidimensionnel d’atomes de carbone dans un réseau en nid d’abeilles) ultra-propres a récemment permis l’observation de nouveaux états de la matière condensée dans le graphène sous fort champ magnétique. En particulier, de nouveaux états de l’effet Hall quantique ont été observés pour des très faibles densités de porteurs de charge [1], pour lesquelles les interactions et les corrélations électroniques peuvent rendre le graphène totalement isolant, ou faire donner lieu à un régime d’effet Hall quantique de spin. Dans celui-ci, l’intérieur du plan de graphène est isolant, et le courant électrique est transporté uniquement le long des bords, chaque orientation de spin se propageant dans une direction opposée. La nature exacte de ces différents états n’est pas encore complètement connue, du fait notamment qu’il n’est pas possible de sonder les propriétés des régions isolantes par des mesures usuelles de transport électronique.



Nous proposons une nouvelle approche pour sonder ces phases, basée sur la mesure du flux quantique de chaleur transporté par les excitations neutres de ces systèmes, comme les ondes de spin, à très basse température. Notre méthode consistera à connecter le graphène avec des petites électrodes métalliques qui serviront de réservoirs thermiques. La température de chacun de ces réservoirs sera déterminée à l’aide de mesures de bruit ultra-sensibles [2], ce qui donnera accès au flux de chaleur.



La première étape consistera à fabriquer les échantillons de graphène encapsulé dans du nitrure de bore hexagonal [3]. Cette technique, récemment développée au laboratoire, permet d’obtenir des cristaux de graphène ultra-purs, et de relativement grande taille. En parallèle, une plate-forme expérimentale pour effectuer des mesures de bruits ultra-haute sensibilité, à très basse température et forts champs magnétiques, sera mise en place au laboratoire.



[1] Young et al., Nature 505, 528-532 (2014).

[2] Jezouin, Parmentier et al., Science 342, 601 (2013).

[3] Wang et al., Science 342, 614 (2013).

Transport thermoélectrique hors-équilibre dans des conducteurs quantiques

SL-DRF-18-0459

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Mésocopie Modélisation et Thermoélectricité (GMT)

Saclay

Contact :

Geneviève FLEURY

Alexander SMOGUNOV

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Geneviève FLEURY

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

0169087347

Directeur de thèse :

Alexander SMOGUNOV

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

0169083032

Page perso : http://iramis.cea.fr/spec/Pisp/genevieve.fleury/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/GMT/

Ce sujet bénéficie aujourd'hui d'un financement CEA, comme sujet "phare". La sélection des candidatures reçues se fera au début du printemps 2018.



Les effets thermoélectriques Seebeck et Peltier permettent la conversion d'énergie thermique en énergie électrique et vice-versa. Ainsi l'on peut avec l'effet Seebeck récupérer de la chaleur perdue pour produire de l'électricité. A l'inverse, il est possible en utilisant l'effet Peltier de refroidir localement un dispositif en exploitant de la puissance électrique. Pendant longtemps, ces effets thermoélectriques n'ont montré que des rendements très faibles et ils n'ont ainsi trouvé que des applications marginales. Mais depuis peu, les règles du jeu ont changé : la découverte de nouveaux matériaux prometteurs, les progrès en nanofabrication et la volonté grandissante de répondre aux impératifs d'économie d'énergie ont relancé la recherche.



Nous proposons dans cette thèse théorique d'étudier analytiquement et numériquement la conversion thermoélectrique dans des systèmes mésocopiques de basse dimension. Nous nous intéresserons à un régime loin de l'équilibre où des effets thermoélectriques importants sont attendus. Nous considérerons en particulier des systèmes soumis à un forçage dynamique. D'un point de vue méthodologique, nous utiliserons les outils numériques et le formalisme analytique développés au CEA-Grenoble (groupe de Xavier Waintal) pour l'étude du transport quantique résolu en temps (voir https://kwant-project.org/). Nous l'adapterons au cas du transport thermoélectrique et l'appliquerons sur divers systèmes (boîte quantique, contact ponctuel quantique, nanofils…).

 

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