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Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 21-09-2017

20 sujets IRAMIS

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• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

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

SL-DRF-17-0350

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 : 01-10-2015

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.

Couplage électron-phonon dans des systèmes à base de graphène : théorie et simulations numériques

SL-DRF-17-0499

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Christine GIORGETTI

Valérie VENIARD

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

Contact :

Christine GIORGETTI

CNRS - Laboratoire des Solides irradiés UMR 7642

01 69 33 45 01

Directeur de thèse :

Valérie VENIARD

CNRS - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

01 69 33 45 52

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

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

La conception de nouveaux dispositifs opto-électroniques requiert la compréhension des propriétés des électrons de valence. Dans les nano-objets, celles-ci sont originales en raison du confinement des électrons en basse dimensionalité. Elles sont accessibles par la simulation des excitations électroniques au moyen de la fonction diélectrique. Les approches que nous développons et utilisons sont des théories et des calculs ab-initio, c'est-à-dire sans paramètre ajustable, ce qui les rend extrêmement fiables et flexibles. Elles reposent sur l'utilisation de l'équation de Bethe-Salpeter, qui prend en compte l'interaction électron-trou.



Le graphène et les nanotubes de carbone présentent des propriétés électroniques exceptionnelles, dues à la dispersion linéaire des bandes au niveau de Fermi (électrons de Dirac). De tels matériaux présentent des excitations à très basse énergie, pour lesquelles la question de l'influence des phonons se pose.



Le formalisme utilisé et développé dans nos calculs ab initio est fondé sur le couplage électron-boson, où le boson est la paire électron-trou. Dans cette thèse, nous proposons de généraliser le formalisme au couplage électron-phonon, où le boson décrira le phonon.



NB : prise de contact avec le laboratoire avant mi mars.



Contacts :

christine.giorgetti@polytechnique.edu,

valerie.veniard@polytechnique.edu

Description de la diffusion inélastique de rayons X à partir de modélisation ab-initio

SL-DRF-17-0520

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Francesco Sottile

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

Contact :

Francesco Sottile

Ecole Polytechnique - UMR 7642

0169334549

Directeur de thèse :

Francesco Sottile

Ecole Polytechnique - UMR 7642

0169334549

Page perso : http://etsf.polytechnique.fr/people/francesco

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

L'objectif de ce travail est de développer la théorie et le software qui permettent une description prédictive des expériences RIXS.



Pour cela, nous allons combiner une forte expertise dans les approches théoriques d'excitations électroniques, d'implémentation numérique, et de science des matériaux. La plupart des données de Diffusion Inélastique de Rayons X (RIXS) sont aujourd'hui obtenues dans les seuils de métaux de transition et de l'oxygène. La raison est un remarquable intérêt pour les matériaux dits fortement corrélés, tant pour leur complexité intrinsèque qui rend leur étude intellectuellement stimulante que pour la perspective d'applications nouvelles (supraconducteurs haute Tc, magnétorésistance géante, etc.). Si, d'un côté, cette attention a été très bénéfique pour le domaine des oxydes de métaux de transition, de l'autre côté, il mérite souligner l'énorme potentiel des applications de RIXS (à la fois expérimentalement et théoriquement) sur d'autres matériaux et domaines.



Le/la doctorant(e) développera une méthode ab initio pour aborder ce type de spectroscopie et une attention particulière sera consacrée à l'aspect d'analyse et d'interprétation des données.

Description théorique des processus non-linéaires dans les matériaux magnétiques

SL-DRF-17-0501

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 : 01-10-2017

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

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr

Voir aussi : http://etsf.polytechnique.fr/

La génération de seconde harmonique (SHG) est un processus au cours duquel deux photons sont absorbés par un matériau et un photon d'énergie double 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 possible d'obtenir une caractérisation structurale et électronique de ces systèmes. Mais 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 pour 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.

Electroluminescence et photo-conductivité des dispositifs à base des nanotubes de carbone

SL-DRF-17-0733

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 : 01-09-2017

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 potentielles en nanoélectronique. Plus récemment, avec le développement d’une meilleure maitrise du matériau d’autres perspectives et champs d’applications se sont ouverts. Ceci est le cas en optique et en optoélectronique où les nanotubes de carbone peuvent être un matériau de choix. En effet, les nanotubes de carbone présentent des transitions optiques qui varient en fonction de leur diamètre et chiralité et qui se situent généralement dans le proche infrarouge [1, 2]. Cette caractéristique combinée à leurs propriétés électriques exceptionnelles a fait que les dispositifs optoélectroniques à base de nanotubes de carbone ont suscité 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 dans un seul type de matériau. Toutefois, avant que cela puisse se faire, des études fondamentales suivies de démonstrations de faisabilité sont nécessaires. Dans ce projet nous comptons contribuer à cette thématique par l’étude des propriétés d’électroluminescence et de photo-courant de nanotubes triés en chiralité [6-13] dont la compréhension est primordiale pour réaliser un photo-détecteur, une LED performante ou une source de type laser.



[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)

Enregistrements biomagnétiques avec des capteurs à électronique de spin

SL-DRF-17-0262

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 :

Myriam PANNETIER-LECOEUR

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

Contact :

Myriam PANNETIER-LECOEUR

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 74 10

Directeur de thèse :

Myriam PANNETIER-LECOEUR

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 74 10

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/myriam.pannetier-lecoeur/

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

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

Grâce à l'électronique de spin, dont les propriétés de transport sont dépendantes du champ magnétique, nous avons fabriqué des capteurs destinés à la mesure de la signature magnétique de la transmission d'information dans les cellules excitables (cellules cardiaques et neurones). Nous avons ainsi détecté le signal magnétique cardiaque avec des capteurs à magnéto-résistance géante (GMR) [Appl. Phys. Lett. 2011].

Afin d'améliorer la rapidité d'acquisition des signaux, il serait très favorable d'augmenter la sensibilité des sondes en utilisant des jonctions tunnel magnétiques (MTJs) dont les magnétorésistances peuvent atteindre 250% à température ambiante (contre 10% pour les GMR).

Dans cette thèse, des dispositifs de mesure pour l’activité neuronale à différentes échelles (proches de quelques neurones à quelques dizaines de milliers mesurés à la surface du crane) seront développés en utilisant notre nouveau bâti de dépôt de couches minces. Les sondes seront fabriquées au laboratoire, testées en chambre magnétique blindée pour connaitre leurs performances intrinsèques, puis utilisées pour des enregistrements in vivo de l’activité neuronale ou du cerveau entier en magnetoencéphalographie (MEG, mesures magnétiques passives à la surface du crane) en collaboration avec Neurospin.

Ces enregistrements magnétiques permettront de faire une représentation multi-échelle des courants neuronaux et d'étudier en particulier les composantes à basses fréquences du signal neuronal (bruit en 1/f) observées en Electro-encéphalographie et en Magnétoencaphélographie.

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

SL-DRF-17-0177

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 : 01-10-2017

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. La thèse proposée s’inscrit dans le cadre d’une codirection et repose sur une collaboration équitable entre le CEA et synchrotron SOLEIL (ligne de lumière HERMES). 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.

La caractérisation et le contrôle des parois chargées de domaines ferroélectriques

SL-DRF-17-0220

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

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

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

Saclay

Contact :

Nicholas BARRETT

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

Contact :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Directeur de thèse :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

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

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

Les oxydes ferroïques sont des matériaux possédant un ou plusieurs paramètres d’ordre : ferroélectrique, ferroélastique ou magnétique. Ils présentent intrinsèquement des domaines, séparés par des parois qui peuvent avoir des propriétés complétement différentes que celles des domaines. Explorer ces nouvelles propriétés physiques permettrait de considérer la paroi comme l’élément actif de ces matériaux.

Dans un ferroélectrique les parois de domaines chargées apparaissent comme un véritable nouveau paradigme pour une électronique post-CMOS car elles peuvent être comprises comme des conducteurs nanométriques métalliques séparés par des régions diélectriques hautement isolantes. Le travail de thèse s’intéressera particulièrement à comprendre comment ces parois peuvent être contrôlées sous une sollicitation électrique ou mécanique.

L’étudiant utilisera la spectromicroscopie des photoélectrons ainsi que la microscopie d’électrons à basse énergie. Ces techniques permettent d’obtenir des informations chimiques et électroniques de la surface d’un matériau avec une résolution spatiale nanométrique. Les expériences sous contrainte mécanique ou sollicitation seront effectuées grâce à des porte-échantillons dédiés. Les échantillons seront fournis par l’Institut de Chimie Moléculaire et Matériaux d'Orsay. Les expériences seront faites en collaboration avec le UMPhys CNRS/Thalès et l'Institut des nanotechnologies de Lyon.



Microscopie magnétique locale par intégration de nanocapteurs magnétorésistifs

SL-DRF-17-0244

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

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Aurélie Solignac

Myriam PANNETIER-LECOEUR

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2016

Contact :

Aurélie Solignac

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 95 40

Directeur de thèse :

Myriam PANNETIER-LECOEUR

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 74 10

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

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

L’utilisation de l’effet de magnétorésistance géante permet de développer des capteurs magnétiques très sensibles et détectant des champs magnétiques de l’ordre du nT/vHz. Cependant, afin de détecter des objets magnétiques de très petites dimensions et de façon locale, une réduction de la taille des capteurs doit être effectuée. L’utilisation d’outils de nanofabrication comme la lithographie électronique permet de fabriquer des structures actives pouvant atteindre 50 nm. Dans un premier temps, l’effet de la réduction de taille sur les performances des capteurs en termes d’effet de magnétorésistance et de bruit sera étudié.

Ensuite, les capteurs de taille nanométrique développés seront intégrés dans des structures de type pointe AFM (Atomic Force Microscope). Cette intégration permettra de combiner un capteur magnétique nanométrique et un microscope sonde locale à balayage de type AFM afin d’obtenir un microscope magnétique ultrasensible et quantitatif.

Le but de la thèse est de développer ce microscope magnétique et de le tester, tout d’abord, sur des structures magnétiques comme des parois de domaines. Ensuite d’autres objets magnétiques, biologiques ou des aciers par exemple, pourront être étudiés en bénéficiant de la résolution spatiale du microscope ainsi que de sa sensibilité à basse fréquence.

Enfin, une implémentation possible du microscope sera l’ajout d’un champ magnétique alternatif qui permettra de caractériser de façon originale la susceptibilité de surfaces magnétiques.

Nanocristaux métalliques magnétiques pour la spintronique

SL-DRF-17-0342

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 nano-cristaux métalliques de forme, taille, structure et composition chimique différentes et d’explorer comment ces paramètres modifient leurs propriétés magnétiques. Ces nano-cristaux 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.

Nanoparticules d’oxydes : modélisation et simulation avancées des propriétés optiques ou ferroélectriques

SL-DRF-17-0175

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Marc HAYOUN

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

Contact :

Marc HAYOUN

CEA - DRF/IRAMIS/LSI

0169334533

Directeur de thèse :

Marc HAYOUN

CEA - DRF/IRAMIS/LSI

0169334533

Page perso : http://www.lsi.polytechnique.fr/accueil/laboratoire/trombinoscope/

Labo : http://www.lsi.polytechnique.fr/accueil/recherche/physique-et-chimie-des-nano-objets/

Voir aussi : http://www.lsi.polytechnique.fr/

Les nanoparticules (NP) sont des assemblages de quelques centaines à quelques milliers d'atomes qui se situent à la frontière entre les échelles macroscopique et atomique. Leurs propriétés sont différentes de celles du matériau massif et changent avec leur taille. Nous avons montré que, dans le cas d’un oxyde (MgO), l’approche macroscopique est insuffisante et doit être complétée par une modélisation à l’échelle atomique.

L’objectif est l’étude des effets de taille sur les propriétés diélectriques, ferroélectriques et optiques de NPs d’oxydes en fonction de la température et de la fréquence. Les résultats obtenus contribueront aux applications dans les domaines de l’énergie, des mémoires FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) et de la médecine.

Le premier aspect sera d’envisager les propriétés intrinsèques d’une NP isolée et de mettre en évidence des comportements et des effets génériques pouvant varier avec la taille et la symétrie. Nous étudierons ensuite les propriétés d’une NP placée à proximité d’une surface, d’une autre NP ou bien encore insérée dans une matrice hôte. Le but est de mettre en évidence un effet d’atténuation ou d’exaltation des propriétés diélectriques, d’absorption IR ou de ferroélectricité.

Le calcul des propriétés des NPS sera réalisé par la technique de simulation de la dynamique moléculaire (DM) à l’aide de potentiels phénoménologiques ou d’une description ab initio des forces d’interaction entre atomes. Les effets quantiques qui apparaissent à des températures inférieures à la température de Debye seront pris en compte à l’aide d’un thermostat quantique développé spécialement pour la DM.

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

SL-DRF-17-0120

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 : 01-10-2017

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 (par exemple Sr2IrO4, Sr3Ir2O7 ...) ont récemment attiré l'attention en raison de la présence d'un fort couplage spin-orbite et de fortes interactions électroniques qui donnent lieu à des propriétés physiques originales telles que la supraconductivité à haute température critique ou l'état d'isolant topologique. 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, 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). Ensuite, les cristaux seront caractérisés par différentes techniques: diffraction des rayons X, microsonde électronique et mesures magnétiques (SQUID, magnétométrie VSM). Pour les films minces, nous utiliserons une nouvelle technique de croissance sous ultra-vide développée au laboratoire: 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-17-0046

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.

Physique de l’interaction Dzyaloshinskii-Moriya d’interface

SL-DRF-17-0478

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 : 01-10-2017

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

Les progrès en science et technologie du magnétisme depuis les années 30 sont essentiellement pilotés par la miniaturisation des dispositifs. Les propriétés physiques des matériaux magnétiques sont en effet extrêmement dépendantes de la taille et la forme des échantillons. Une surface, une couche mince un nanofil ou un agrégat magnétiques ont des caractéristiques magnétiques toutes très différentes et également très éloignées du cristal volumique. La fabrication de couches ultraminces a permis dans les années 80 la découverte des effets de magnétorésistance géante qui ont donné naissance au domaine de la spintronique et ont valu le prix Nobel à ses découvreurs (A. Fert et P. Grunberg). Depuis quelques années une interaction magnétique a attiré l’attention des chercheurs : il s’agit de l’interaction de Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) d’interface. Celle-ci est connue depuis longtemps en phase volumique mais son étude dans des couches ultraminces magnétiques déposées sur des substrats non magnétiques est très récente. Elle est à l’origine de structures magnétiques non colinéaires très particulières comme les skyrmions qui sont des objets fascinants que la communauté scientifique espère réussir à « piloter » en vue de fabriquer des dispositifs comme des mémoires. Cependant les mécanismes fondamentaux à l’origine de l’interaction DMI d’interface restent encore très mal connus et la modélisation à l’échelle atomique (calculs de structure électronique) est indispensable. Dans cette thèse nous proposons donc d’utiliser (et de développer) des codes de structure électronique pour calculer l’interaction DMI d’interface sur des systèmes qui seront caractérisés expérimentalement par ailleurs. Le (la) futur(e) doctorant(e) intégrera une équipe de théorie & modélisation possédant une longue expérience dans le domaine de la structure électronique du magnétisme et des propriétés de transport dans les nanostructures.

Propriétés de l’état fondamental des matériaux corrélés : une nouvelle approche

SL-DRF-17-0522

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Lucia REINING

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

Contact :

Lucia REINING

CNRS - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

0169334553

Directeur de thèse :

Lucia REINING

CNRS - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

0169334553

Page perso : http://etsf.polytechnique.fr/people/lucia

Labo : http://etsf.polytechnique.fr

Cette thèse s’insère dans une ligne de recherche, qui vise à construire une nouvelle approche théorique permettant de décrire une large gamme de propriétés des matériaux dits "fortement corrélés" de façon efficace et précise. Les matériaux corrélés sont des systèmes dans lesquels les effets de l'interaction coulombienne entre électrons est particulièrement importante. Les théories de champ moyen statique telles que la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) ne sont pas capables de décrire les excitations électroniques dans ces matériaux, ni quantitativement ni même qualitativement. De plus, les propriétés d’état fondamental, telles que le volume d’équilibre, sont très difficiles à prédire avec les fonctionnelles utilisées habituellement.



Récemment, nous avons proposé une approche non-perturbative pour le calcul des fonctions de Green dans un système interagissant, dans le but de décrire les excitations électroniques. L’étudiant(e) en thèse explorera cette idée et la généralisera dans le but de décrire les propriétés d’état fondamental, et de développer ainsi une méthode alternative à la DFT et alternative à la théorie des perturbations à plusieurs corps (par exemple, l'approximation GW qui est très largement utilisée).



Nous envisageons, comme première application ambitieuse de cette nouvelle approche, d’étudier des transitions de phase vers un état fondamental qui brise la symétrie, en particulier des ondes de densité de charge.

Propriétés électroniques magnétiques et de transport de réseaux moléculaires organo-métalliques bidimensionnels.

SL-DRF-17-0487

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 : 01-10-2017

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

Depuis la découverte (ou plus exactement l’exfoliation) d’une monocouche de carbone appelée graphène le nombre d’études sur les systèmes bidimensionnels a littéralement explosé. Il a été montré qu’un grand nombre de matériaux peuvent exister sous forme de monocouche, mais cependant dans la plupart des cas la synthèse se fait par dépôt sur un substrat qui engendre des contraintes et créé des défauts ce qui dégrade les propriétés physiques intrinsèques du matériau. Une autre alternative proposée très récemment par les chimistes est de faire croitre des réseaux moléculaires à l’interface liquide-liquide (ou liquide gaz) ce qui permet de s’affranchir du substrat source de perturbation du système. Les réseaux pouvant ensuite être déposés sur un substrat a posteriori. Les propriétés de ces systèmes sont pour le moment largement inconnues et un travail de modélisation est indispensable pour fournir des pistes aux expérimentateurs afin de déterminer les molécules les plus prometteuses. Les premiers calculs effectués semblent montrer l’extrême versatilité de ces réseaux dont les caractéristiques physiques varient fortement en fonction de la structure, la composition chimique la charge etc. Dans cette thèse nous proposons d’effectuer un travail théorique et de modélisation pour élucider les propriétés électroniques magnétiques et de transport de ces réseaux moléculaires bidimensionnels Une forte collaboration avec des équipes expérimentales favorisera la définition des systèmes les plus prometteurs pour les applications potentielles. Le (la) futur(e) doctorant(e) intégrera une équipe de théorie/modélisation possédant une longue expérience dans le domaine de la structure électronique du magnétisme et des propriétés de transport dans les nanostructures.

Réalisation d’une céramique à haute valeur ajoutée

SL-DRF-17-0489

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Nathalie VAST

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

Contact :

Nathalie VAST

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01 69 33 45 51

Directeur de thèse :

Nathalie VAST

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01 69 33 45 51

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

Labo : http://www.lsi.polytechnique.fr/accueil/recherche/theorie-de-la-science-des-materiaux/

Voir aussi : http://www.researchgate.net/publication/30516420_Proprits_vibrationelles_du_bore_alpha_et_du_carbure_de_bore

Le carbure de bore B4C est une céramique à forte valeur ajoutée, utilisée pour le blindage de la cabine du pilote et des moteurs de l’airbus militaire A400M. Il a une très bonne tenue mécanique lorsqu’il est choqué sous la limite d’Hugoniot, mais une mauvaise tenue mécanique au-delà de la limite d’Hugoniot, sans toutefois perdre ses autres caractéristiques [1]. Cela limite son utilisation pour la protection des personnes, et en particulier son utilisation dans des gilets pare-balles, un marché économiquement très important. Nous avons publié l’explication de la perte de tenue mécanique par des calculs à l’échelle quantique [2-4]. La connaissance ainsi acquise nous a permis de concevoir par le calcul un nouveau matériau, stable mécanique et dynamiquement dans nos calculs, dont on attend des propriétés mécaniques renforcées [5]. Une demande de requête en brevet a été déposée [6] et les quelques tentatives de synthèse réalisées sont infructueuses à ce jour. L’objectif de la thèse est de confirmer expérimentalement l’existence du matériau en testant la synthèse dans diverses conditions hors équilibre, et d’en caractériser les propriétés mécaniques.



Bibliographie :

[1] Dynamic behavior of boron carbide, T. Vogler, W. Reinhart and L. Chhabildas, J. Appl. Phys. 95, 4173 (2004).

[2] Boron carbides from first-principles, N. Vast, J. Sjakste, E. Betranhandy, J. Phys.: Conf. Ser. 176, 012002 (2009).

[3] Mechanical properties of icosahedral boron carbide explained from first principles,

R. Raucoules, N. Vast, E. Betranhandy, and J. Sjakste, Phys. Rev. B 84, 014112 (2011).

[4] Ab initio study of defective chains in icosahedral boron carbide B4C

E. Betranhandy, N. Vast, et J. Sjakste, Solid State Sciences 14, 1683 (2012).

[5] Antoine Jay, Nathalie Vast, Jelena Sjakste, and Olivier Hardouin Duparc, Carbon-rich icosahedral boron carbide designed from first principles, Applied Physics Letters 105, 031914 (2014).

[6] Carbure de bore à stabilité mécanique accrue et procédé de fabrication,

A. Jay, N. Vast, O. Hardouin Duparc and J. Sjakste,

WO Patent App. PCT/EP2014/066,570, (2015).

https://www.google.fr/patents/WO2015022202A1’cl=fr&dq=nathalie+vast+synthèse&hl=fr&sa=X&ved=0CDsQ6AEwA2oVChMIgqiKl_ujxwIViucaCh1LdwBW

Spintronique antiferromagnétique : vers un contrôle actif de l'anisotropie magnétique

SL-DRF-17-0020

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

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe Diffraction Monocristaux (GDM)

Saclay

Contact :

Alexandre Bataille

Stéphane Andrieu

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2016

Contact :

Alexandre Bataille

CEA - DRF/IRAMIS/LLB/GDM

01 69 08 58 98

Directeur de thèse :

Stéphane Andrieu

Université de Lorraine - Institut Jean Lamour, département P2M, équipe Nanomagnétisme et Electronique de spin

03 83 68 48 24

Page perso : http://iramis.cea.fr/llb/Pisp/alexandre.bataille/

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

Voir aussi : http://ijl.univ-lorraine.fr/recherche/departement-physique-de-la-matiere-et-des-materiaux-p2m/nanomagnetisme-et-electronique-de-spin/

La réduction de la consommation électrique de nos dispositifs électroniques de tous les jours est un enjeu sociétal majeur, qui appelle une rupture technologique. Parmi les pistes explorées depuis peu, figure l’idée de développer des composants spintroniques ou des couches antiferromagnétiques (ordonnés magnétiquement mais sans aimantation résultante) joueraient un rôle actif, notamment à travers leur anisotropie magnétique et son contrôle. L’obstacle majeur au développement de ce domaine réside dans la difficulté de mesurer l’ordre magnétique des films antiferromagnétiques. La technique la plus directe pour mesurer cet ordre est la diffraction de neutrons, que de récents développements expérimentaux permettent d’appliquer aux couches minces épitaxiées. Cette thèse profitera de l’arrivée d’un aimant vectoriel unique au monde permettant d’étudier simultanément l’anisotropie magnétique des films et multicouches (par diffraction de neutrons) et les propriétés de magnéto-transport. Ceci engendrera une compréhension fine des phénomènes mis en jeux, et devrait permettre de contrôler activement l’anisotropie et donc de proposer de nouveaux dispositifs.

Tetragonalité géant, distorsions locales d’octaédres et basculement chimique de la polarisation ferroélectrique dans les couches minces de PbTiZrO3 et BiFeO3 etudiés par la diffraction des photoélectrons.

SL-DRF-17-0336

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

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

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

Saclay

Contact :

Nicholas BARRETT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2016

Contact :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Directeur de thèse :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

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

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

La propriété fondamentale des matériaux ferroélectriques (FEs) est la polarisation électrique spontanée qui peut être commutée sous application d’un champ électrique externe en dessous de la température de Curie. L’environnement chimique peut également faire basculer l’état ferroélectrique, la pression partielle de l’oxygène détermine par exemple, l’orientation de la polarisation ferroélectrique dans un film mince.

L’objectif est d’étudier et de contrôler ces distorsions atomiques dans la phase tétragonale géante de couches minces de BiFeO3 en épitaxie sur des substrats avec une forte contrainte. La grandeur importante de la polarisation est extrêmement prometteuse pour des applications à condition de pouvoir la commuter de façon réversible. Cependant, l’état de contrainte décale le champ coercitif au-delà du « breakdown ». Le basculement chimique offre alors une voie alternative pour contrôler la polarisation.

La diffraction des photoélectrons combine la sensibilité chimique de la photoémission des niveaux de cœur et la sensibilité à la structure atomique locale autour de l’atome émetteur. Elle est donc idéale pour mesurer les distorsions atomiques en trois dimensions à la surface d’un matériau FE.

Les couches minces seront fournies par National Institute of Materials Physics (Roumanie) et l’UMPhys CNRS/Thalès. Les résultats expérimentaux seront interprétés grâce à des simulations en collaboration avec l’université de Goias (Brésil)

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

SL-DRF-17-0258

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

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Mésocopie Modélisation et Thermoélectricité (GMT)

Saclay

Contact :

Yannick DAPPE

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

Contact :

Yannick DAPPE

CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

+33 (0)1 69 08 84 46

Directeur de thèse :

Yannick DAPPE

CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/GMT

+33 (0)1 69 08 84 46

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

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

L’électronique moléculaire constitue de nos jours un domaine de recherche très actif, tant pour les aspects fondamentaux de ces nouveaux systèmes qui permettent d’explorer la Physique à l’échelle atomique, que par les possibles retombées en termes de composants électroniques innovants. En effet, outre la capacité à reproduire les composants électroniques à base de silicium (diodes, transistors, …), les molécules peuvent apporter de nouveaux types de réponses électriques du fait d’un grand nombre de degrés de liberté quantiques, modulables en fonction de la molécule considérée. En effet, la nature quantique de ces objets ainsi que les nouvelles fonctionnalités qui y sont associées, ouvrent des perspectives fascinantes pour construire l’électronique du futur. En conséquence, ces nouvelles recherches ont conduit à d’importants développements dans le domaine de l’électronique moléculaire, notamment pour ce qui est du contrôle et de la manipulation du transport électronique à travers une jonction moléculaire. La majorité des jonctions moléculaire est fabriquée à base de molécules connectées à leurs extrémités par des électrodes métallique (or, platine, argent, ….). Or il a été démontré à plusieurs reprises que la connexion de l’électrode à la molécule présente une influence non négligeable sur la conductance électrique du système. En ce sens, de récents développements ont proposés l’utilisation de nouveaux matériaux tels que le graphène, une couche monoatomique de carbone, réputée pour ces fantastiques propriétés de conduction électrique, comme électrodes dans les jonctions moléculaires. Ainsi, il a été observé que la connexion à une électrode en graphène permet d’augmenter significativement la conductance de la jonction pour de longues chaînes moléculaires, et donc de réduire le coût énergétique de ces systèmes.

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

 

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