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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

7 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 09-12-2019


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• Interactions rayonnement-matière

 

Détection par fluorescence et dosimétrie chimique lointaine et discriminante de termes sources alpha/beta

SL-DRF-20-0390

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

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Saclay

Contact :

Gérard BALDACCHINO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Gérard BALDACCHINO
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL

01 69 08 57 02

Directeur de thèse :

Gérard BALDACCHINO
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL

01 69 08 57 02

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/gerard.baldacchino/

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

Dans le cadre de l'Assainissement et du Démantèlement d'installations nucléaires, il est important de localiser très rapidement des termes sources alpha, beta et gamma en surface et susceptibles d'être traités, isolés et évacués du site dans des filières règlementées. L'imagerie gamma est une technique qui fonctionne très bien actuellement. Par contre, les sources alpha ou beta ne sont localisables qu'au contact des matériaux, en surface, car ces émissions ne se propagent pas sur des distances de plus de quelques cm. La dosimétrie par fluorescence et la capture chimique durant les processus de radiolyse ont fait d'énorme progrès récemment. Cela a permis par exemple de mettre en évidence les effets de densité d'ionisation et de Transfert d'Energie Linéique (effet de TEL) en radiolyse de l'eau par des ions lourds et des alpha. Les beta et les alpha rencontrés dans le nucléaire ont des TEL très différents amenant à des rendements très différents de production des radicaux libres (H, OH, electron hydraté, HO2) et de molécules (H2, H2O2), issus de l'ionisation de l'eau. L'objectif de la thèse proposée est d'exploiter ces différences en utilisant des capteurs chimiques non toxiques produisant une molécule fluorescente détectable à longue distance (objectif, plusieurs mètres), sous illumination laser. En partant des mécanismes chimiques connus, le doctorant devra donner les conditions expérimentales et appliquées (sur le terrain) permettant l'acquisition d'images exploitables rapidement.
Génération d'impulsions UVX attosecondes pour l'étude en temps réel de l'ionisation ultrarapide des gaz

SL-DRF-20-0601

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 : 01-10-2020

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 :

L’étudiant-e génèrera des impulsions UVX attosecondes à l’aide d’un laser Titane:Saphir intense (Equipement d’Excellence ATTOLab), puis les utilisera pour étudier la dynamique d’ionisation de gaz atomiques et moléculaires : éjection d’électrons, réarrangements électroniques dans l’ion, migration de charge…



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]. Pour générer des impulsions isolées, il est nécessaire de confiner la génération dans une porte temporelle ultrabrève, ce qui implique la mise en œuvre de diverses techniques optiques de confinement.



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 ’ 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 permet 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 [2].



L’objectif de la thèse est tout d’abord de générer des impulsions attosecondes de durée et fréquence centrale adaptées à l’excitation de différents systèmes atomiques et moléculaires. L’objectif est ensuite de mesurer l’instant d’apparition des particules chargées, électrons et ions. Enfin, la mesure de la distribution angulaire des électrons émis, combinée à l’information temporelle, permettra de reconstruire le film complet 3D de l’éjection des électrons.

Le travail expérimental comprendra le développement et la mise en œuvre d’un dispositif, installé sur le laser FAB1 de l’Equipement d’Excellence ATTOLab, permettant : i) la génération de rayonnement attoseconde ; ii) sa caractérisation par interférométrie quantique ; iii) son utilisation en spectroscopie de photoionisation. 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 et européens associés (Lund, Milan).



Références :

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

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

Optimisation de l'émission plasmonique d'électrons chauds par des nanoobjets métalliques pour la thérapie oncologique photodynamique ciblée

SL-DRF-20-0295

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
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 : 01-10-2020

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/

L’interaction d’une nanoparticule métallique avec une impulsion de lumière ultrabrève s’accompagne notamment d’une émission d'électrons chauds, d’intérêt pour les applications biomédicales en particulier les thérapies oncologiques ciblées. Liée à l’occurrence de résonances plasmons au sein d’une nanoparticule métallique, cette émission se manifeste dans la fenêtre de transparence du corps humain (rouge 700 nm - proche infrarouge 1500 nm) autorisant un large accès thérapeutique. En milieu biologique, les électrons émis génèrent localement des espèces réactives de l’oxygène (reactive oxygen species ROS) dans un rayon de l’ordre du micromètre autour de la source. Ces espèces ROS sont la source d’un important stress oxydatif pour les cellules, agent moteur des photothérapies en cours de développement.



Ce travail a pour objectif d’optimiser la production des électrons chauds par un objet métallique de dimension sublongueur d’onde en vue d’applications biomédicales, en particulier les thérapies photothermiques et photodynamiques appliquées au cancer du sein. Il s’agit d’un travail à dominante expérimentale en collaboration étroite avec un partenariat pertinent de physiciens, chimistes, biologistes et oncologues (CEA, CentraleSupélec, ENS Paris Saclay, AP-HP Hôpital Avicenne). 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 électrons émis en réponse à une résonance plasmon. Cette technique permet notamment de déterminer, à l’échelle de l’objet individuel, la dynamique temporelle d’émission des électrons et leurs distributions tant spatiale qu’énergétique au travers de la mesure de leur spectre d'énergie cinétique.



Dans le cadre du projet INSERM Plan Cancer HEPPROS, les nanoobjets cibles optimisés pour une émission efficace d'électrons chauds, sont recouverts d'un polymère biocompatible pour la conduite d’études in vitro et in vivo sur des tumeurs de la bibliothèque tumorale de l'Hôpital Avicenne.



Mots clefs : Thérapie photodynamique, électrons chauds, plasmon, laser, photoémission, PEEM, LEEM



[Douillard 2017, 2012, 2011] S. Mitiche et al. J. of Phys. Chem. C 121 (2017) 4517–4523, C. Awada, et al. J. of Phys. Chem. C 16 (2012) 14591, L. Douillard, F. Charra. J. of Phys. D: Applied Physics 44 (2011) 464002, C. Hrelescu, et al. Nano Lett. 11 (2011) 402–407



Laboratoire d’accueil CEA IRAMIS SPEC UMR 3680

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

Ecole doctorale Ondes et Matière, Univ. Paris Saclay.
Phase de Coulomb dans les réseaux hyperkagome de terre rare

SL-DRF-20-0539

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

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

SYLVAIN PETIT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/G3A

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/G3A

01 69 08 60 39

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

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

Au cours des dernières décennies, les recherches en physique du solide ont vu l'émergence d'une physique riche et nouvelle, dépassant le paradigme de Néel et transcendant les descriptions conventionnelles basées sur la théorie de Landau. Le magnétisme frustré a largement contribué à ces développements, grâce à de nouveaux concepts tels que la "phase de Coulomb", un état de matière extrêmement dégénéré mis au jour par la découverte de glace de spin dans des réseaux de pyrochlore de terres rares. Dans cette proposition de sujet de thèse, l'objectif est de poursuivre l'exploration et le développement de cette nouvelle physique, par l'étude de réseaux hyperkagomé de terres rares.



Sondes fluorescentes pour la détection de traces radioactives lors d’opération d’assainissement

SL-DRF-20-0385

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

Thierry LEGALL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Jean-Philippe RENAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 50

Directeur de thèse :

Thierry LEGALL
CEA - DRF/JOLIOT/SCBM/LCB / Chimie Bioorganique

01 69 08 71 05

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

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

Les opérations de démantèlement des installations nucléaires nécessitent une localisation facile des contaminations radioactives. Dans ce cadre, les émetteurs alpha et beta sont particulièrement difficiles à traiter dans la mesure où leurs rayonnements sont peu pénétrants et donc nécessitent de venir avec des instruments de mesure au contact de la contamination. Nous pensons que des sondes profluorescentes radiosensibles, i.e. des sondes moléculaires devenant fluorescentes en présence de rayonnement, pourraient permettre une telle localisation.



Les sondes profluorescentes radiosensibles actuelles, en particulier celles de la famille des coumarines, ont changé considérablement notre compréhension de la chimie sous rayonnement en milieu hétérogène. Cependant elles sont encore trop peu sensibles pour pouvoir être utilisées pour localiser des traces radioactives. L’objectif de cette thèse est de préparer des composés de sensibilité améliorée et capables de fonctionner dans des milieux complexes (mousses, émulsions, films).
Vers des matériaux auto-réparants sous irradiation

SL-DRF-20-0386

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

Geraldine CARROT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Jean-Philippe RENAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 50

Directeur de thèse :

Geraldine CARROT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 41 47

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

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

Nous proposons de mettre au point des systèmes de relargage contrôlés par radiolyse afin de développer des matériaux auto-réparants sous irradiation. La brique technologique de base que nous proposons ici repose sur des nano-systèmes (vésicules) très radiosensibles, mais stables dans le temps en absence de rayonnement. Nous pensons pouvoir développer de tels systèmes à partir de copolymères développés au NIMBE et inspirés des résines radiosensibles utilisées en nanolithographie. Ce système permet d’aller vers des systèmes autoréparants utiles dans les dispositifs d’emballage ou de confinement.
Vers une source d’ions pulsée polyvalente de haute brillance.

SL-DRF-20-0545

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

Daniel Camparat

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Jean-Philippe RENAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 50

Directeur de thèse :

Daniel Camparat
Université Paris Saclay / Laboratoire Aimé Cotton - UMR 9188


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

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

Les faisceaux ioniques sont devenus des outils indispensables pour des applications techniques en sciences des matériaux telles que la nanostructuration, le dopage, la microscopie et la spectroscopie de surface. Avoir un contrôle total sur la trajectoire spatio-temporelle d’un faisceau d’ions permettrait des applications complètement nouvelles à la fois appliquées et fondamentales. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de développer une telle source d’ions déclenchée par laser. Cette source, visant des énergies allant jusqu'à la dizaine de keV, sera basée sur le développement de sources d’électrons photodéclenchées réalisées à IRAMIS et sur celui de sources d’ions de haute brillance du Laboratoire Aimé Cotton.

 

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