CEA |   |   |   |   |   |   | webmail : intra - extra |  Accès VPN-SSL | Contact | English

Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 15-12-2017

34 sujets IRAMIS

• Biophysique moléculaire

• Chimie

• Chimie analytique

• Chimie physique et électrochimie

• Interactions rayonnement-matière

• Matière molle et fluides complexes

• Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux

• Physique du solide, surfaces et interfaces

• Physique mésoscopique

 

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

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

SL-DRF-18-0461

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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/.

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.

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.

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 : 01-11-2017

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.

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 : 01-11-2017

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.

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.

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.

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.

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).

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 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.

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.

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.

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.

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.).

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…).

 

Retour en haut