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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

8 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 02-12-2020


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• Interactions rayonnement-matière

 

Caractérisation temporelle de la génération d'harmonique d'ordre élevé dans les cristaux semiconducteurs

SL-DRF-21-0467

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

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Willem Boutu

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Willem Boutu
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL/ATTO

0169085163

Directeur de thèse :

Willem Boutu
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL/ATTO

0169085163

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

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

Le développement des lasers ultracourts et contrôlés à l'échelle du cycle optique a permis l'avènement d'une nouvelle discipline, la physique attoseconde, dédiée à l'étude des dynamiques électroniques ultrarapides lors des interactions laser-matière. Longtemps limitée à l'étude des phénomènes dans la phase gaz, la génération d'harmoniques laser d'ordre élevé dans les cristaux semiconducteurs ouvrent la voie à l'étude de ces dynamiques ultrarapides dans la matière condensée. L'objectif de cette thèse est de transposer les techniques de caractérisation spectrales et temporelles développées au LIDYL pour la phase gaz à ce nouveau phénomène afin d'imager la structure de bandes électroniques au sein de matériaux exotiques tels que les matériaux 2D (graphène) ou fortement corrélés (NiO), et de mesurer les courants électroniques attosecondes générés lors de l'interaction. Ce travail expérimental sera mené au sein de la nouvelle plateforme NanoLight dans un tout nouveau laboratoire. Il sera néanmoins soutenu par un travail de simulation porté par nos collaborateurs du MPSD à Hambourg.
Conductivité thermique dans les chaînes de spin 1D

SL-DRF-21-0384

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

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

SYLVAIN PETIT

Loreynne PINSARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

Loreynne PINSARD
Université PARIS XI - ICMMO


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

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

La miniaturisation et l’intégration de plus en plus poussée de l’électronique actuelle conduisent à une augmentation des problèmes de dissipation thermique. Une des solutions envisagées est l’utilisation de matériaux capables de conduire la chaleur vers un puits thermique, rapidement, et de façon unidirectionnelle, pour plus d’efficacité.



Dans ce contexte, l’utilisation de matériaux magnétiques de basse dimensionnalité se révèle une approche intéressante. Le transport de la chaleur par les excitations magnétiques, prédit dès 1936, a été mis en évidence dans les années 70 dans un grenat yttrium-fer ferrimagnétique (YIG). Dans ce cas, dans la phase magnétique ordonnée à basse température (T < 10K), la contribution magnétique au transport thermique est due aux ondes de spins classiques (ou magnons). La première signature d’un transport thermique magnétique à haute température (T > 50K) a été observée pour la première fois dans un composé quantique de basse dimensionnalité, KCuF3, dès 1975. Mais ce sont les composés Heisenberg antiferromagnétiques à une dimension (1D) et la découverte d’une conductivité thermique magnétique géante dans l’échelle de spins quantiques Sr14Cu24O41, qui ont vraiment déclenché le renouveau des recherches dans les systèmes magnétiques de basse dimensionnalité.



Dans ce contexte, ce projet de thèse s'intéresse en particulier aux oxydes de cuivre (ou cuprates) de la forme SrCuO2, Sr2CuO3, CaCuO2 et Ca2CuO3. Le but de ce projet est vde mieux comprendre les mécanismes qui gouvernent le transport thermique. Le projet comporte, en plus de la synthèse des échantillons, une série de caractérisation et d'analyse de la conductivité thermique ainsi que du spectre des excitations (réseau et magnétiques) par diffusion de neutrons.
Dynamique du solide au cycle optique

SL-DRF-21-0407

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

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Stéphane GUIZARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Stéphane GUIZARD
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087886

Directeur de thèse :

Stéphane GUIZARD
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087886

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/stephane.guizard/

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

Voir aussi : https://loa.ensta-paristech.fr/research/appli-research-group/

Le programme de recherche TOCYDYS, à caractère fondamental, a pour but de sonder la dynamique des solides, avec une résolution temporelle à l’échelle du cycle optique et de franchir la limite de résolution femtoseconde. Nous nous concentrerons dans un premier temps sur les isolants tels que la silice et le quartz (SiO2) ou le saphir (Al2O3).



Le travail sera réalisé sur les facilités récemment ouvertes au LOA at au LIDYL de l’Equipex AttoLAb (http://attolab.fr/). Nous aurons accès aux lasers stabilisés en phase et impulsions VUV ultra brèves VUV associées.



Les expériences consisteront à exciter les échantillons avec des impulsions de quelques cycles optiques (intensité de 1012 à 1015 W/cm2) et à sonder la dynamique par mesure de changement de réflectivité, dans les domaines IR et visible, puis avec les trains d’impulsions attosecondes dans le VUV. Nous aurons un accès direct aux mécanismes physiques de l’interaction laser matière et aux étapes initiales de la relaxation électronique du solide : ionisation multiphotonique, tunnel ou Zener, modulation de la bande interdite, diffusion inélastique des porteurs, ionisation par impact, effet Auger, etc.



Durant la première partie du programme, au Laboratoire d’Optique Appliquée- LOA, les mesures seront faites dans les domaines visible et proche IR, avec pour objectif d’atteindre la résolution du cycle optique. Ensuite, dans la deuxième partie, nous construirons un montage pour la mesure de réflectivité dans le domaine VUV, capable d’enregistrer les variations de l’amplitude de l’impulsion sonde, mais aussi ou de la phase en utilisant l’interférométrie spatiale dans le domaine VUV.



Le programme de recherché TOCYDYS a reçu un financement de l’’agence nationale de la recherché (ANR) pour le période 2020-2023. Le stage de Masters est donc financé. Celui –ci se déroulera, pour la partie expérimentale, au LOA, en collaboration avec Davide Boschetto (https://loa.ensta-paristech.fr/research/appli-research-group/).
Imagerie attoseconde de paquets d’onde électroniques dans les gaz moléculaires

SL-DRF-21-0453

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 : 01-10-2021

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 moléculaires : éjection d’électrons, réarrangements électroniques dans l’ion, migration de charge, décohérence quantique…



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 moléculaires. L’objectif est ensuite de mesurer l’instant d’apparition et la distribution angulaire des particules chargées, électrons et ions. Ces informations spatiales et temporelles permettront de reconstruire le film complet 3D de l’éjection des électrons, ainsi que d’accéder à la migration du trou dans l’ion et conduisant à sa fragmentation. Enfin, les effets de décohérence quantique, dû notamment à l’intrication ion-photoélectron, seront étudiés avec une technique récemment mise au point au laboratoire [3].



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)

[3] C. Bourassin-Bouchet, et al., Phys. Rev. X 10, 031048 (2020)

Impulsions attosecondes portant un moment angulaire orbital pour la détection de dichroïsmes hélicoïdaux

SL-DRF-21-0232

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 : 01-09-2021

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/

Voir aussi : http://attolab.fr/

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’harmonique 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 à http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/.

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

SL-DRF-21-0423

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Antonino ALESSI

Valérie VENIARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Antonino ALESSI
CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI


Directeur de thèse :

Valérie VENIARD
CNRS - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

01 69 33 45 52

Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/fr/users/antonino.alessi

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/equipements/linstallation-sirius

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



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



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

SL-DRF-21-0383

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

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB

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.



Structure et propriétés de phases densifiées de silice

SL-DRF-21-0463

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Nadege OLLIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Nadege OLLIER
CEA - DRF/IRAMIS/LSI

01 69 33 45 18

Directeur de thèse :

Nadege OLLIER
CEA - DRF/IRAMIS/LSI

01 69 33 45 18

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

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

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

 

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