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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

7 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 21-05-2019


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• Interactions rayonnement-matière

 

Développement d’un canon à ion pour l’étude résolue en temps de la formation des défauts dans les matériaux

SL-DRF-19-0432

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 :

Marie GELEOC

Jean-Philippe RENAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Marie GELEOC

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

Directeur de thèse :

Jean-Philippe RENAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE

01 69 08 15 50

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/marie.geleoc/

Labo : http://iramis.cea.fr/lidyl/sbm/

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

L’objectif de cette thèse est de développer des méthodes résolues en temps permettant de comprendre la dynamique de formation des défauts dans les matériaux. Il s’agira en particulier de développer et de caractériser une source délivrant des impulsions courtes (picoseconde) pour l’étude des effets balistique induits par l’irradiation des matériaux et de la coupler à des méthodes de suivi en temps réel de leur structure électronique.

Fragmentation quantique dans les systèmes magnétiques frustrés

SL-DRF-19-0538

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

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

SYLVAIN PETIT

ELSA LHOTEL

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

Contact :

SYLVAIN PETIT

CEA - DRF/IRAMIS

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

ELSA LHOTEL

CNRS - Insitut Néel

04 76 88 12 63

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

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

Le magnétisme frustré constitue une des voies de recherche moderne susceptibles de mener à la découverte de nouveaux états de la matière. Les “glaces de spins”, et plus généralement les “phases de Coulomb”, en forment un exemple célèbre. A la différence des structures magnétiques ordonnées classiques, ces états magnétiques restent désordonnés jusqu'aux plus basses températures mais présentent des corrélations spin-spin spécifiques. Dans ce contexte, un nouveau concept a été proposé [PRX 4, 011007 (2014)], baptisé “fragmentation magnétique”. Il s’agit d’un état original où le moment magnétique se scinde en deux fragments: l’un forme une phase antiferromagnétique de moment ordonné réduit; l’autre reste fluctuant et forme une phase de Coulomb.



En combinant mesures macroscopiques d'aimantation et expériences de diffusion élastique et inélastique de neutrons, nous avons pu montrer que le composé pyrochlore Nd2Zr2O7 pourrait être une réalisation de cette théorie [1,2], même si des indices expérimentaux montrent que des phénomènes quantiques encore incompris sont à l’œuvre.



Le but de ce travail de thèse est de comprendre l'origine de la fragmentation dans ce système. On cherchera notamment à déterminer son domaine de stabilité, en étudiant des composés substitués. En effet, en remplaçant une partie du Zirconium (Zr) par du Titane (Ti), ou du Néodyme (Nd) par du Lanthane (La), les interactions magnétiques vont être modifiées. En variant les taux de substitution, nous pourrons explorer le diagramme de phase et sonder l'existence d'un point critique quantique prévu théoriquement. La complémentarité entre mesures macroscopiques et mesures de diffusion des neutrons est une des clefs pour résoudre le Hamiltonien quantique du système et, au-delà, comprendre les mécanismes microscopiques de la fragmentation ainsi que la nature des excitations qui en émergent.



Le travail de thèse se partagera entre l’Institut Néel (Grenoble) et le LLB (Saclay). Il s’agit à la fois de mesurer l'aimantation et la chaleur spécifique des échantillons jusqu'à très basse température (100 mK) (Institut Néel) et de déterminer finement les structures magnétiques ainsi que le spectre des excitations magnétiques par l’ensemble des techniques de diffusion des neutrons. Ces dernières études se feront au LLB (Saclay) et à l’ILL (Grenoble). Une partie significative de l’analyse des données sera basée sur des outils de simulation numérique, existants pour la plupart, mais aussi à développer le cas échéant.

Impulsions attosecondes générées dans des réseaux optiques actifs : expériences, théorie et applications

SL-DRF-19-0487

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 : 01-10-2019

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, mettant en jeu deux faisceaux formant un réseau actif de génération d’harmoniques afin de contrôler le transfert aux impulsions attosecondes d’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 moment 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 détaillé : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/

Influence de l'irradiation sur les propriétés optiques infrarouge de ZnGeP2

SL-DRF-19-0056

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Jérémie Lefevre

Bruno BOIZOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jérémie Lefevre

Ecole Polytechnique - Laboratoire des Solides Irradiés

01 69 33 45 30

Directeur de thèse :

Bruno BOIZOT

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01 69 33 45 22

Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/fr/users/bruno.boizot

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/recherche/defauts-desordre-et-structuration-de-la-matiere

Le composé ZnGeP2, sous sa forme monocristalline, est un matériau remarquable et très prometteur dans le domaine optique infrarouge : il est transparent entre 1 et 8 µm et, du fait de sa biréfringence positive, il possède des propriétés optiques non linéaires très efficaces.



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



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

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

SL-DRF-19-0633

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 : 01-10-2019

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://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.

Physique et applications d'électrons chauds d'origine plasmonique

SL-DRF-19-0347

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 : 01-10-2019

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/

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 (CEA, CentraleSupélec, ENS Paris Saclay, Paris Hôpital 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 résonance plasmon [Douillard 2017, 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 (cancer du sein), dont le but est l’optimisation de thérapies en cours de développement, notamment photothermiques et photodynamiques.





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



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

[Douillard 2012, 11] 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

Plasmonique en régime ultra relativiste

SL-DRF-19-0725

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Michèle RAYNAUD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Michèle RAYNAUD

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

Directeur de thèse :

Michèle RAYNAUD

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

Page perso : http://www.polytechnique.edu/annuaire/fr/users/michele.raynaud-brun

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/recherche/theorie-de-la-science-des-materiaux/plasmonique-lechelle-quantique

Le travail de thèse proposé a pour but de développer des études théoriques et numériques de la génération de faisceaux d’électrons rapides dans l’interaction laser-solide via l’excitation dans des cibles pré-structurées d’ondes plasma de surface ou de modes électromagnétiques localisés dans un régime d’intensité supérieur à 10^21 W/cm2. Les études de plasmonique en régime ultra-relativiste dans lequel les effets fortement non linéaires vont jouer un rôle prépondérant est d’un intérêt fondamental pour la physique des plasmas sur-denses relativistes. Ces études peuvent conduire à proposer des nouvelles expériences sur les lasers ultra intense Apollon et dans le cadre de ELI ainsi qu’à lever des verrous concernant les sources synchronisées de lumière ultra-rapide et d’électrons ultra-courts avec des applications dans des processus électroniques ultra-rapides.

 

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