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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

49 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour :


• Biotechnologies, nanobiologie

• Chimie

• Chimie physique et électrochimie

• Fabrication additive, nouvelles voies d’économie de matériaux

• Interactions rayonnement-matière

• Mathématiques - Analyse numérique - Simulation

• Matière molle et fluides complexes

• Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux

• Physique atomique et moléculaire

• Physique des plasmas et interactions laser-matière

• Physique du solide, surfaces et interfaces

• Physique mésoscopique

• Physique théorique

• Radiobiologie

• Simulation numérique

• Stockage électrochimique d’énergie dont les batteries pour la transition énergétique

• Technologies pour la santé et l’environnement, dispositifs médicaux

 

Désoxygénation photocatalytique d’esters gras : vers la production d’alcanes biosourcés

SL-DRF-24-0431

Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire de Chimie Moléculaire et de Catalyse pour l’Energie (LCMCE)

Saclay

Contact :

Lucile ANTHORE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Lucile ANTHORE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 91 59

Directeur de thèse :

Lucile ANTHORE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 91 59

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

Labo : https://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/

Les alcanes sont des molécules essentielles au secteur énergétique (carburants) comme en chimie de spécialité (cosmétiques, adhésifs…) ou en chimie fine. Aujourd’hui, ils sont essentiellement issus de ressources fossiles non renouvelables et leur utilisation participe au dérèglement climatique par la production de dioxyde de carbone. Pour atteindre un objectif de neutralité carbone, produire des alcanes à partir de sources de carbone renouvelables comme la biomasse apparaît donc comme une alternative intéressante. Dans la biomasse, les esters gras de type RCO2R’ présentent de longues chaînes alkyles mais la présence d’atomes d’oxygène ne leur permet pas de se substituer directement aux alcanes pétrosourcés.

L’objectif de cette thèse est de développer des systèmes catalytiques homogènes permettant la désoxygénation photocatalytique d’esters en alcanes correspondant, pas simple extrusion d’une molécule de CO2. L’énergie nécessaire à la réaction de réduction sera ainsi apportée par la lumière. Au cours de l’ensemble de ce projet de thèse, l’accent sera mis sur le développement des systèmes catalytiques et la compréhension des mécanismes réactionnels grâce à des études expérimentales (cinétiques, études RMN, observation des intermédiaires réactionnels…) associées à la chimie théorique (calculs DFT).
Qubit fermionique bosonique

SL-DRF-24-0391

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Groupe Quantronique (GQ)

Saclay

Contact :

Hugues POTHIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Hugues POTHIER
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

01 69 08 55 29

Directeur de thèse :

Hugues POTHIER
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

01 69 08 55 29

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/hugues.pothier/

Labo : https://iramis.cea.fr/spec/GQ/

L'une des architectures les plus prometteuses pour le traitement de l'information quantique à grande échelle est celle qui repose sur des qubits électrodynamiques (bosoniques) supraconducteurs. Ils reposent sur un dispositif élémentaire : la jonction tunnel Josephson, une barrière tunnel entre deux fils supraconducteurs qui présentent un comportement non linéaire et non dissipatif. Les jonctions tunnel Josephson ne sont qu'un exemple de liens faibles supraconducteurs, parmi lesquels on trouve également des contacts atomiques et des liens faibles de nanofils semi-conducteurs. Dans ces autres exemples, des états fermioniques localisés, connus sous le nom de niveaux d'Andreev, peuvent être étudiés. Nous avons récemment réalisé leur spectroscopie [1-4] et leur manipulation quantique [5,6].

Nous proposons ici de concevoir, fabriquer et mesurer de nouveaux qubits hybrides qui combinent les degrés de liberté bosonique et fermionique dans le but de réaliser des états quantiques plus robustes.

Nous recherchons un(e) étudiant(e) fortement motivé(e) ayant une bonne compréhension de la physique quantique. Il/elle sera intégré(e) dans un groupe de recherche actif sur l'électronique quantique et se familiarisera avec les concepts avancés de la mécanique quantique et de la supraconductivité. Il/elle apprendra également plusieurs techniques expérimentales : basses températures, mesures à faible bruit et micro-ondes, et nanofabrication.


[1] L. Bretheau, Ç. Ö. Girit , H. Pothier , D. Esteve , and C. Urbina, “Exciting Andreev pairs in a superconducting atomic contact” Nature 499, 312 (2013). arXiv:1305.4091
[2] L. Tosi, C. Metzger, M. F. Goffman, C. Urbina, H. Pothier, Sunghun Park, A. Levy Yeyati, J. Nygård, P. Krogstrup, “Spin-Orbit Splitting of Andreev States Revealed by Microwave Spectroscopy”, Phys. Rev. X 9, 011010 (2019).
[3] C. Metzger, Sunghun Park, L. Tosi, C. Janvier, A. A. Reynoso, M. F. Goffman, C. Urbina, A. Levy Yeyati, H. Pothier, “Circuit-QED with phase-biased Josephson weak links”, Phys. Rev. Research 3, 013036 (2021).
[4] F. J. Matute Cañadas, C. Metzger, Sunghun Park, L. Tosi, P. Krogstrup, J. Nygård, M. F. Goffman, C. Urbina, H. Pothier, A. Levy Yeyati, “Signatures of interactions in the Andreev spectrum of nanowire Josephson junctions”, arXiv:2112.05625
[5] C. Janvier et al., “Coherent manipulation of Andreev states in superconducting atomic contacts” Science 349, 1199 (2015), arXiv:1509.03961
[6] C. Meztger, “Spin & charge effects in Andreev Bound States”, PhD thesis (2022)
Simulation des nano-objets en milieu biologique

SL-DRF-24-0362

Domaine de recherche : Biotechnologies, nanobiologie
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 :

Yves BOULARD

Jean-Philippe RENAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2024

Contact :

Yves BOULARD
CEA - DRF/JOLIOT/I2BC/

+33 169083584

Directeur de thèse :

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

01 69 08 15 50

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

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

La compréhension des interactions non spécifiques ou spécifiques entre les biomolécules et les nanomatériaux est la clé du développement de nanomédicaments et de nanoparticules sûres. En effet, l'adsorption des biomolécules est le premier processus qui se produit après l'introduction de biomatériaux dans le corps humain ce qui contrôle leur réponse biologique. Dans le cadre de cette thèse, nous entreprendrons la simulation de l'interface nanosystème-biomolécules à l’échelle de la centaine de nanomètres en utilisant les nouveaux moyens de calcul exascale disponibles au CEA à partir de 2025 (machine Jules Verne installée au CCRT).
Coupures catalytiques de liaisons C–O et C-N appliquées à la transformation et la dépolymérisation réductrice de déchets plastiques

SL-DRF-24-0379

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire de Chimie Moléculaire et de Catalyse pour l’Energie (LCMCE)

Saclay

Contact :

Jean-Claude Berthet

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Jean-Claude Berthet
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 60 42

Directeur de thèse :

Jean-Claude Berthet
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LCMCE

01 69 08 60 42

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/JeanClaude_Berthet.php

Labo : https://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/research.php

Voir aussi : https://iramis.cea.fr/nimbe/LCMCE/

Le recyclage et la valorisation chimique des plastiques sont des étapes nécessaires et cruciales pour accélérer la transition vers une économie circulaire et diminuer la pollution liée à ces matières.

Le but de ce projet est de développer des systèmes catalytiques permettant de dépolymériser des matières plastiques oxygénées et azotées en leurs monomères ou en produits dérivés (alcools, amines, halogénures, voire hydrocarbures). Ces méthodes, permettant de récupérer en conditions douces la matière carbonée des polymères sous forme de produits chimiques utiles pour l’industrie chimique sont encore peu développées et seront, à l’avenir, des voies de traitements vertueuses de recyclage de certaines matières plastiques.
Le présent projet doctoral vise au développement et à l’utilisation de nouveaux complexes moléculaires métalliques (Aluminium, zirconium, terres rares, etc…) et des catalyseurs organiques (à base de bore),

• qui soient simples, peu chers, recyclables et plus sélectifs que ceux actuels (composés d'iridium, de ruthénium et bore), pour dépolymériser différentes variétés de plastiques (polyesters, polycarbonates, polyuréthanes et polyamides),
• qui permettent, dans le cas de catalyse réductrice, l’emploi d’hydrosilanes et hydroboranes mais aussi l’utilisation de nouveaux agents réducteurs agissant par hydrogénation par transfert.

Enfin, nous considèreront également l’emploi d’anhydrides organiques pour transformer les plastiques en composés organiques réactifs utiles en chimie organique.
Matériaux poreux intégrés dans des dispositifs pour l’analyse glycomique en milieu hospitalier.

SL-DRF-24-0442

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Marc MALEVAL

Martine Mayne

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Marc MALEVAL
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169084933

Directeur de thèse :

Martine Mayne
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE

01 69 08 48 47

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

Labo : https://iramis.cea.fr/NIMBE/LEDNA/

La glycomique consiste à identifier les oligosaccharides (OS) présents dans un fluide biologique en tant que source de biomarqueurs en vue de diagnostiquer diverses pathologies (cancers, maladie d’Alzheimer, etc.). Pour étudier ces OS, la préparation d’échantillon comporte 2 phases clés, le clivage enzymatique (coupure de la liaison entre les OS et les protéines) suivi d’une purification et extraction (séparation des OS et des protéines). Cependant, les matériaux actuellement utilisés dans les protocoles imposent de nombreuses étapes manuelles et chronophages, incompatibles avec une analyse à haut débit.

Dans ce contexte, le LEDNA, laboratoire spécialisée dans le domaine des matériaux a récemment développé un procédé sol-gel de fabrication de Monolithes à Porosité Hiérarchisée (HPMs) dans des dispositifs miniaturisés. Ces matériaux ont permis d’obtenir une preuve de concept démontrant leur intérêt pour la seconde étape de l’analyse glycomique, i.e. la purification et l’extraction des oligosaccharides. Le LEDNA souhaite désormais améliorer la première étape correspondant à la coupure enzymatique devenue limitante dans le processus d’analyse glycomique. La fonctionnalisation de matériaux poreux, notamment d’HPMs avec de l’enzyme rendrait ainsi possible une préparation d’échantillon simple en à peine quelques heures avec une unique étape.

L’objectif de cette thèse est donc de montrer que l’utilisation de matériaux poreux présentant une fonction double, catalytique et de filtration, appliqués à la préparation d’échantillons pour l’analyse glycomique constitue un moyen pertinent pour simplifier et accélérer l’analyse glycomique, ainsi que de les employer dans des études en lien avec le milieu hospitalier afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs de pathologies.

Le projet de recherche consistera à élaborer un dispositif intégrant des matériaux poreux présentant une fonction catalytique et de filtration. Pour ce faire, plusieurs aspects seront traités, allant de la synthèse et de la mise en forme de ces matériaux jusqu’à leur caractérisation de leurs propriétés texturales et physico-chimique. Un travail important sera porté sur l’immobilisation de l’enzyme. Le(s) prototype(s) les plus prometteurs seront évaluées dans un protocole d’analyse glycomique en vérifiant l’obtention de profils oligosaccharidiques de biofluides humain (plasma, lait). Les caractérisations physico-chimiques seront l’occasion de pratiquer des techniques variées (MEB, MET, etc.) ou encore la caractérisation des paramètres de porosité (adsorption d’azote, porosimètre Hg). L’analyse des oligosaccharides sera réalisée par spectrométrie de masse à haute résolution (essentiellement MALDI-TOF).

Pour ce projet de thèse pluridisciplinaire, nous recherchons un(e) étudiant(e) chimiste ou physico-chimiste, intéressé(e) par la chimie des matériaux et motivé(e) par les applications de la recherche fondamentale dans le domaine des nouvelles technologies pour la santé. La thèse sera effectuée dans deux laboratoires, le LEDNA pour la partie matériaux et le LI-MS pour l’utilisation des matériaux en analyse glycomique. L’activité de recherche sera menée dans le centre de recherche de Saclay (91).
Nouvelles membranes à base de nanofeuillets bidimensionnels

SL-DRF-24-0510

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Jean-Christophe Gabriel

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-03-2024

Contact :

Jean-Christophe Gabriel
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0676043559

Directeur de thèse :

Jean-Christophe Gabriel
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0676043559

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/jean.gabriel/

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

Voir aussi : https://iramis.cea.fr/nimbe/

Ce projet de thèse vise à exfolier de nouvelles architectures nanostructurées à bases de phases inorganiques bidimensionnelles. Ces nanostructures seront conçues pour des dispositifs de filtration et testées sur notre plateforme microfluidique. L'application visée est la purification de l'eau et la séparation sélectives des ions métalliques. Le doctorant interagira avec des chimistes, des physiciens et des électrochimistes dans un véritable environnement pluridisciplinaire, sur un sujet de recherche fondamentale directement connecté à des besoins applicatifs. Ainsi, lors de sa thèse l’étudiant sera exposé à un environnement pluridisciplinaire et amené à réaliser des expériences dans des domaines variés tels que la chimie inorganique, la physico-chimie, la micro/nano-fabrication et les méthodes de nano-caractérisation. Dans ce contexte, ce projet devrait potentiellement aboutir à des retombées sociétales significatives.

Pour la réalisation de ces dernières, il aura accès à une gamme très large et variée d’équipements allant du microscope optique au synchrotron de dernière génération (ESRF), en passant par les microscopes à effet de champs ou électroniques et les galvanostats.

Cette thèse est donc une excellente opportunité de croissance professionnelle tant d’un point de vue de vos connaissances, que de vos savoir-faire.
RMN hyperpolarisée en continu à base de parahydrogène et de catalyseurs greffés

SL-DRF-24-0590

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM)

Saclay

Contact :

Gaspard HUBER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Gaspard HUBER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

01 69 08 64 82

Directeur de thèse :

Gaspard HUBER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

01 69 08 64 82

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/gaspard.huber/

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/

Voir aussi : https://iramis.cea.fr/Pisp/104/stephane.campidelli.html

La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une robuste technique d'analyse, non invasive. Elle apporte de précieuses informations sur les réactions chimiques, qui sont ainsi mieux caractérisées et donc optimisées. Cependant la RMN est peu sensible, et les solutés peu concentrés, comme des intermédiaires de réaction, peuvent être inobservables par RMN classique. Une des méthodes connues pour augmenter drastiquement mais temporairement la sensibilité de la RMN consiste à créer un état d'hyperpolarisation dans le système de spins nucléaires, c'est-à-dire une polarisation bien supérieure à celle accessible avec les champs magnétiques dont on dispose. Une méthode d'hyperpolarisation emploie les propriétés particulières du parahydrogène. Elle nécessite l'emploi d'un catalyseur visant à ajouter le parahydrogène sur une liaison multiple ou un métal.

Le sujet de thèse consiste à investiguer l'apport conjoint de (i) l'hyperpolarisation à base de parahydrogène [1], (ii) un greffage du catalyseur adéquat sur des nanoparticules [2], et (iii) un mode d’analyse en continu [3] pour détecter et identifier des intermédiaires de réaction, des thématiques pour lesquels le laboratoire a acquis de l'expérience. Ce sujet implique un fort investissement en instrumentation, mais aussi des compétences en chimie de synthèse et en RMN.

La thèse se déroulera au sein du NIMBE, une unité mixte CEA/CNRS du CEA Saclay. La RMN hyperpolarisée et la synthèse auront lieu sous la responsabilité respective de de Gaspard HUBER, du LSDRM, et de Stéphane CAMPIDELLI, du LICSEN. Ces deux laboratoires du NIMBE sont situés dans des bâtiment très proches.

Reférences :
[1] Barskiy et al, Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 2019, 33, 114-115,.
[2] Hijazi et al., Org. Biomol. Chem., 2018, 16, 6767-6772.
[3] Carret et al., Anal. Chem. 2018, 90, 11169-11173.
Synthèse et propriétés de nanoparticules de graphène hydrosolubles

SL-DRF-24-0013

Domaine de recherche : Chimie
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 :

Stéphane CAMPIDELLI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Stéphane CAMPIDELLI
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

Directeur de thèse :

Stéphane CAMPIDELLI
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

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

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

Depuis sa découverte qui a valu le Prix Nobel de Physique à A. Geim et K. Novoselov en 2010, le graphène a provoqué l’engouement de la communauté scientifique. À cause de ces propriétés électroniques, le graphène est vu comme un matériau de choix pour de très nombreuses applications : électronique/optoélectronique rapide et flexible, électrode ou matériau actif dans le domaine des énergies renouvelables (photovoltaïque, piles à combustible, supercondensateurs).

Pour de nombreuses applications, il convient d’être capable de modifier et de contrôler les propriétés électroniques du graphène. Ceci peut être réalisé grâce à l’apport de la chimie organique. Dans ce sujet, nous proposons de synthétiser des motifs graphéniques en particulier des nanoparticules de graphène et d’étudier leurs propriétés d’absorption et d’émission dans l’IR. Nous nous attacherons particulièrement à rendre ces matériaux solubles dans l'eau afin de tester leurs propriétés en milieu biologique. Ce projet sera développé en collaboration avec des physiciens, le/la candidat(e) devra donc avoir un gout prononcé pour le travail pluridisciplinaire.
Electrodes poreuses à base de nanodiamants pour la production photoélectrocatalytique de carburants solaires

SL-DRF-24-0426

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Jean-Charles ARNAULT

Hugues GIRARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Jean-Charles ARNAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01 68 08 71 02

Directeur de thèse :

Hugues GIRARD
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169084760

Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=jarnault

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/

Parmi les semi-conducteurs à l'échelle nanométrique, les nanodiamants (ND) n'ont pas encore été réellement pris en compte pour les réactions photoélectrocatalytiques dans le domaine de l'énergie. Cela s'explique par la confusion avec le diamant monocristallin qui présente une large bande interdite (5,5 eV) ce qui nécessite une illumination UV profonde pour initier une photoréactivité. À l'échelle nanométrique, les ND contiennent des défauts natifs (carbone sp2, impuretés chimiques telles que l'azote) qui peuvent créer des états énergétiques dans la bande interdite du diamant, ce qui réduit l'énergie lumineuse nécessaire pour amorcer la séparation des charges. En outre, la structure électronique du diamant peut être fortement modifiée (sur plusieurs eV) en jouant sur ses terminaisons de surface (oxydées, hydrogénées, aminées), ce qui peut ouvrir la voie à des alignements de bandes optimisés avec les espèces à réduire ou à oxyder. En combinant ces atouts, le ND devient alors compétitif avec d'autres semi-conducteurs pour des photoréactions. L'objectif de ce doctorat est d'étudier la capacité des nanodiamants à réduire le CO2 par photoélectrocatalyse. Pour atteindre cet objectif, des électrodes seront fabriquées à partir de nanodiamants avec différents chimies de surface (oxydés, hydrogénés et aminés), soit en utilisant une approche conventionnelle de type encre, soit une approche plus innovante qui résulte en un matériau poreux comprenant des nanodiamants et une matrice déposée par PVD. Les performances (photo)électrocatalytiques sous illumination visible de ces électrodes à base de nanodiamants pour la réduction du CO2 seront alors étudiées en termes de taux de production et de sélectivité, en présence ou non d'un co-catalyseur moléculaire macrocyclique à base de métaux de transition.
Plaques bipolaires innovantes par impression 3D pour l’application PEMFC

SL-DRF-24-0244

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Mélanie FRANCOIS

Bruno JOUSSELME

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Mélanie FRANCOIS
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169089191

Directeur de thèse :

Bruno JOUSSELME
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169 08 91 91

Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=MF276647

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/LICSEN/

Pour répondre à la demande énergétique croissante et diversifier le panel de ressources, l’hydrogène apparait comme un vecteur prometteur d’énergie propre et durable. Ce travail de thèse a pour objectif de contribuer au développement des piles à combustible à membrane échangeuse de proton (PEMFCs) et plus particulièrement des plaques bipolaires (PBs) qui assurent la distribution des gaz et la collection du courant. Dans un premier temps, des PBs en acier inoxydable seront conçues et fabriquées par impression 3D (procédé SLM – Selective Laser Melting). Plusieurs architectures de canaux seront élaborées et caractérisées, notamment in-situ en combinaison avec des assemblages membrane-électrode (AME). En parallèle, différents revêtements anticorrosion, tant organiques qu’inorganiques, seront développés. Ces revêtements seront caractérisés, notamment du point de vue de leur résistance à la corrosion, par des méthodes électrochimiques (courbes de polarisation et spectroscopie d’impédance). Ces travaux permettront de comprendre d’un point de vue fondamental les mécanismes et les paramètres limitant les performances des PEMFCs.
Simulations ab initio de catalyseurs pour la chimie verte

SL-DRF-24-0302

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM)

Saclay

Contact :

Rodolphe POLLET

Patrick BERTHAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Rodolphe POLLET
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

01 69 08 37 13

Directeur de thèse :

Patrick BERTHAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 42 45

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/rodolphe.pollet/

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/

La catalyse est aujourd’hui au cœur des procédés industriels de la chimie. Par exemple, la conversion d’un nitrile vers un amide, qui donne lieu à des applications industrielles en pharmacologie, en agrochimie, en chimie de synthèse, ou en chimie des polymères, par hydratation nécessite un catalyseur efficace en raison de sa lente cinétique. Pour des raisons autant environnementales que sociétales, l’un des enjeux majeurs aujourd’hui est de découvrir des catalyseurs sans métaux de transition, non toxiques, non corrosifs, et disponibles à un coût modéré. Un exemple de catalyseur remplissant ces critères est l'hydroxyde de choline.

Pour cette thèse, l’étudiant sera formé à la technique de simulation par dynamique moléculaire ab initio couplée à une méthode qui permet de reconstruire le paysage d’énergie libre de la réaction d'hydratation de différents nitriles aromatiques en faisant varier les conditions de l’expérience in silico. Il devra aussi effectuer en amont des calculs de chimie quantique permettant de décrire l’ensemble des interactions inter et intramoléculaires existantes. Cette approche a déjà été utilisée avec succès au sein de notre laboratoire pour décrire d’autres réactions chimiques en solution aqueuse et devra être appliquée au domaine innovant de la chimie verte.
Électrolytes solides hybrides pour batteries "tout solide" : Formulation et caractérisation multi-échelle du transport ionique

SL-DRF-24-0634

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Saïd Yagoubi

Thibault CHARPENTIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Saïd Yagoubi
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

+ 33 1 69 08 42 24

Directeur de thèse :

Thibault CHARPENTIER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

33 1 69 08 23 56

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/said.yagoubi/

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

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/

Les batteries lithium-ion, largement présentes dans notre vie quotidienne, ont révolutionné les applications portables et sont maintenant utilisées dans les véhicules électriques. Le développement de nouvelles générations de batteries pour les futures applications dans le transport et le stockage d'électricité à partir de sources renouvelables est donc vital pour atténuer le réchauffement climatique.
La technologie lithium-ion est généralement considérée comme la solution privilégiée pour les applications nécessitant une haute densité d’énergie, alors que la technologie sodium-ion est particulièrement intéressante pour des applications qui requièrent de la puissance. Néanmoins, l’instabilité intrinsèque des électrolytes liquides entraîne des problèmes de sécurité.

Face aux exigences de respect de l’environnement et de sécurité, les batteries tout solide à base d’électrolytes solides peuvent apporter une solution efficace tout en répondant aux besoins accus de stockage d’énergie. Les verrous à lever pour permettre le développement de la technologie batterie "tout solide" résident essentiellement dans la recherche de nouveaux électrolytes solides chimiquement stables et ayant de bonnes performances électriques, électrochimiques et mécaniques. Dans cet objectif, ce projet de thèse vise à développer des électrolytes solides composites « polymère/polymère » et « polymère/céramique » ayant une performance élevée et une sécurité renforcée. Des caractérisations par spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) seront réalisées afin de comprendre la dynamique cationique (par Li+ ou Na+) à l’échelle macroscopique dans les électrolytes composites, tandis que la dynamique locale sera sondée à l'aide de techniques avancées de RMN à l'état solide (relaxation du 23Na/7Li, RMN 2D, RMN in-situ & operando). D’autres techniques de caractérisation comme la Diffraction des rayons X et des neutrons, l’XPS, la chronoampérométrie, le GITT…seront mises en œuvre pour une parfaite compréhension de la structure des électrolytes ainsi que des mécanismes de vieillissement aux interfaces électrolyte/électrolyte et électrolyte/électrode de la batterie tout solide.

Mots clés : électrolyte solide composite, batterie tout solide, interfaces, caractérisation multi-échelle, dynamique des ions Li+ et Na+, performance électrochimique, RMN du solide, diffraction RX/neutrons.
Impression 4D de matériaux composites thermo-magnétiques à l'aide de techniques de fabrication additive pilotées par la lumière

SL-DRF-24-0649

Domaine de recherche : Fabrication additive, nouvelles voies d’économie de matériaux
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Giancarlo RIZZA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-03-2024

Contact :

Giancarlo RIZZA
CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01.69.33.45.10

Directeur de thèse :

Giancarlo RIZZA
CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01.69.33.45.10

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

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/page-daccueil

Voir aussi : https://www.linkedin.com/in/giancarlo-rizza-phd-48338410a/

Ce projet de recherche doctorale explore le domaine de l'impression 4D, qui intègre des matériaux intelligents dans les processus de fabrication additive. L'objectif est de créer des objets nanocomposites dotés de capacités multifonctionnelles, leur permettant de changer de forme et de propriétés en réponse à des stimuli externes.

Dans ce projet de doctorat, nous nous concentrerons principalement sur les élastomères à cristaux liquides (LCE) en tant que matrice active. Les LCE sont une classe de matériaux polymères programmables qui peuvent subir une déformation réversible sous l'effet de divers stimuli, tels que la lumière, la chaleur, les champs électriques et les champs magnétiques, en passant d'une phase désordonnée à une phase orientée. En raison de leurs propriétés d'actionnement, les LCE sont des candidats prometteurs pour des applications telles que les muscles artificiels en médecine et la robotique douce.

Par conséquent, le premier objectif du projet est de concevoir une méthode d'impression 3D des résines LCE à l'aide de processus d'impression pilotés par la lumière, notamment le traitement numérique de la lumière (DLP), l'écriture directe à l'encre (DIW) et la polymérisation à deux photons (2PP). Le projet explore également la possibilité d'une co-impression à l'aide de deux sources laser de longueurs d'onde différentes. Il en résultera des objets capables de déformations programmées et de réversibilité.

Pour améliorer encore les capacités d'actionnement des matrices LCE, des particules magnétiques seront incorporées dans la résine LCE thermosensible. Ainsi, le deuxième objectif du projet est de développer une stratégie d'auto-assemblage et d'orientation spatiale des nanoparticules magnétiques intégrées dans les résines LCE pendant les processus d'impression par la lumière (DLP, DIW, 2PP).
Enfin, le troisième objectif de ce projet est de combiner ces deux stratégies pour créer des dispositifs souples multifonctionnels complexes adaptés à différents environnements. Le projet suivra une approche incrémentale par essais et erreurs, dans le but d'améliorer les modèles d'apprentissage automatique en concevant des objets sur mesure.

Les travaux de recherche envisagés peuvent être résumés par les macro-étapes suivantes :

- Spécification des changements de forme de la cible en fonction des multiples scénarios de stimulation
- Sélection des particules actives, formulation de la LCE et synthèse des particules
- Développement de stratégies de fabrication additive hybride avec instrumentation possible
- Impression de preuves de concept et réalisation d'essais mécaniques et d'actionnement
- Caractérisation des structures composites
Dynamique attoseconde d’électrons et de spin dans les matériaux magnétiques 2D et 3D

SL-DRF-24-0246

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

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Dynamique et Interactions en phase COndensée (DICO)

Saclay

Contact :

Romain GENEAUX

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Romain GENEAUX
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/DICO

0169087886

Directeur de thèse :

Romain GENEAUX
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/DICO

0169087886

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/romain.geneaux/

Labo : https://iramis.cea.fr/LIDYL/DICO/

La science attoseconde s’intéresse aux dynamiques de la matière aux temps ultimes, grâce à des impulsions de lumière de durée attoseconde (10-18 s). Notre laboratoire a été un pionnier dans le développement et l’utilisation de ces impulsions pour l’étude de la matière. En particulier, nous opérons plusieurs plateformes dédiées à la spectroscopie attoseconde des solides.

Pendant ce projet de doctorat, nous développerons de nouvelles expériences attosecondes visant à élucider la dynamique d'un des degrés de liberté les plus importants et les plus intrigants des solides : les spins de leurs électrons. Cette quantité est responsable des propriétés magnétiques des matériaux, avec des applications allant des dispositifs de stockage de données aux composants spintroniques. En général, les dispositifs actuels utilisent des courants électriques pour transmettre et manipuler l'information.
Ici, nous visons à répondre à une question simple en apparence : pouvons-nous utiliser un champ laser, au lieu d'un courant, pour contrôler les spins électroniques d'un solide ’ Répondre à cette question nécessite tout d'abord des investigations intrinsèquement fondamentales, en plus d’avoir le potentiel concret d'opérations beaucoup plus rapides. En effet, la réponse des matériaux magnétiques aux fréquences optiques (à des temps inférieurs à 10 fs) est presque totalement inconnue à ce jour. Nous proposons de résoudre ce problème en effectuant des expériences qui combinent sensibilité aux spins et résolution attoseconde pour la première fois. En façonnant soigneusement des impulsions attosecondes et en utilisant des schémas de détection de pointe, nous viserons à établir une technique appelée dichroïsme magnétique attoseconde, qui révélera la réponse des spins des matériaux à l'échelle temporelle du champ électrique de la lumière. Nous nous concentrerons d'abord sur des systèmes ferromagnétiques et antiferromagnétiques tridimensionnels simples, avant de nous tourner vers leurs homologues bidimensionnels. En effet, dans les matériaux dits 2D, on peut s’attendre à des interactions lumière-spin magnifiées, voir fondamentalement nouvelles. En comprenant comment la lumière interagit avec les spins électroniques en 2D, nous fournirons des éléments essentiels à l’intégration des futurs composants spintroniques de basse dimensionnalité.

L'étudiant acquerra des connaissances pratiques en optique ultra-rapide expérimentale et en spectroscopie résolue dans le temps de la matière condensée, en particulier des matériaux magnétiques. Il/elle deviendra un expert en physique et technologie attoseconde, tout en acquérant des compétences précieuses en acquisition et analyse de données complexes.
Exploration de la dynamique de dépôt d’énergie aux temps courts d’électrons accélérés par laser dans le cadre de l’effet Flash en radiothérapie

SL-DRF-24-0351

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

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Gérard BALDACCHINO

Sandrine DOBOSZ DUFRÉNOY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023

Contact :

Gérard BALDACCHINO
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL

01 69 08 57 02

Directeur de thèse :

Sandrine DOBOSZ DUFRÉNOY
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

01.69.08.63.40

Page perso : https://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Pisp/index.php?nom=gerard.baldacchino

Labo : https://iramis.cea.fr/LIDYL/index.php

Voir aussi : https://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Pisp/index.php?nom=sandrine.dobosz

L’objectif du projet de thèse est d’analyser les processus physico-chimiques consécutifs aux débits de dose extrêmes que l’on peut obtenir maintenant dans l’eau avec les impulsions ultra-brèves (fs) d’électrons relativistes accélérés par laser. En effet, des premières mesures montrent que ces processus ne sont probablement pas équivalents à ceux obtenus avec des impulsions plus longues (µs) dans l’effet FLASH utilisé en radiothérapie. Pour y arriver, nous proposons d’analyser la dynamique de formation/recombinaison de l’électron hydraté, espèce emblématique de la radiolyse de l’eau pour qualifier et quantifier l’effet de débit de dose sur des temps de plus en plus courts. Ceci pourra se faire en trois étapes en accompagnement de la progression technologique nécessaire et maintenant accessible, pour avoir une dose par impulsion suffisante pour détecter directement l’électron hydraté. D’abord, avec l’installation existante UHI100 en utilisant la capture de l’électron hydraté en produisant une espèce stable ; puis en produisant une espèce moins stable mais détectable en temps réel et en augmentant le taux de répétition de l’accélérateur laser-plasma. Finalement, en testant un nouveau concept appelé « cible hybride », basé sur l’utilisation d’un miroir plasma comme injecteur d’électrons couplé à un accélérateur laser-plasma. Délivrant des doses plus importantes que les accélérateurs laser-plasma, avec un spectre énergétique resserré, on pourra développer une détection pompe-sonde permettant d’accéder aux temps les plus courts, et à la formation dans les grappes d’ionisation, de l’électron hydraté et en mesurant son rendement initial.
Fragmentation quantique dans les systèmes frustrés

SL-DRF-24-0371

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 : 01-10-2024

Contact :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/NFMQ/

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/NFMQ/

01 69 08 60 39

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/sylvain.petit/

Labo : https://iramis.cea.fr/LLB/NFMQ/

Les dernières décennies de recherches dans le domaine de la matière condensée ont vu l'émergence d'une physique riche et nouvelle, fondée sur la notion de "liquides de spin". L'intérêt pour ces nouveaux états de la matière provient du fait qu’ils présentent une intrication quantique à grande échelle, une propriété par ailleurs fondamentale pour le calcul quantique. De par sa nature qui exploite directement cette notion d’intrication, un ordinateur quantique permettrait des approches révolutionnaires par rapport aux ordinateurs classiques, pour résoudre rapidement certaines classes de problèmes.

L’étude des liquides de spin rejoint donc de très forts enjeux technologiques et le but de ce projet de thèse est de participer à cet effort de recherche fondamentale.
Générateur compact de faisceaux paires electrons-positrons/muons-antimuons

SL-DRF-24-0806

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

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Luca Fedeli

Henri VINCENTI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Luca Fedeli
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

+33 1 69 08 19 59

Directeur de thèse :

Henri VINCENTI
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Page perso : https://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Pisp/index.php?nom=henri.vincenti

Labo : https://iramis.cea.fr/LIDYL/PHI/

Voir aussi : https://ecp-warpx.github.io/

###Contexte

Le contexte de ce sujet de thèse est celui des accélérateurs d’électrons laser-plasma, qui peuvent être obtenus en focalisant un laser de puissance dans un jet de gaz. Au foyer laser, le champ électrique est tellement intense qu’il ionise quasi-instantanément le milieu gazeux et forme un plasma sous-dense, au sein duquel l’impulsion laser peut se propager. Dans son sillage, cette impulsion excite des structures plasmas accélératrices pouvant soutenir des champs électrostatiques de l’ordre de 100GV/m. Au sein de ces structures, des électrons du plasma peuvent être piégés et accélérés à des énergies relativistes (quelques GeV) sur des distances centimétriques. Ces champs électrostatiques étant trois ordres de grandeurs supérieurs à ceux fournis par les cavités radiofréquences, les accélérateurs laser-plasma sont des candidats prometteurs pour miniaturiser les accélérateurs d’électrons afin : (i) de démocratiser leur usage à des applications existantes mais restreintes à quelques installations dans le monde et (ii) permettre de nouvelles applications de ces accélérateurs à des secteurs stratégiques clés (recherche fondamentale, industrie, médecine, défense).

Parmi les applications faisant l’objet d’une forte concurrence internationale, on note :

> L’utilisation de ces accélérateurs pour fournir la première machine de radiothérapie d’électrons à haute énergie (100MeV) pour les traitements médicaux

> L’utilisation de ces accélérateurs comme brique de base d’un futur grand collisionneur d’électrons/positrons au TeV pour la physique des hautes énergies

> L’utilisation de ces accélérateurs pour construire une source compacte et mobile de muons relativistes pour pouvoir réaliser de la tomographie de muons active. Un tel outil serait un atout majeur dans les secteurs de l’industrie (e.g., diagnostic de sécurité des réacteurs dans le nucléaire civile) et de la défense (non-prolifération). A noter que dans ces deux secteurs, l’agence DARPA américaine a déjà financé en 2022 un programme ambitieux (Muons for Science and Security, MuS2) afin de fournir un premier design conceptuel d’une machine à muons relativistes utilisant un accélérateur laser-plasma (cf. https://www.darpa.mil/news-events/2022-07-22)


###Enjeux

Afin de rendre possible les applications mentionnées précédemment, il faut lever d’importantes limitations des accélérateurs laser-plasma actuels. Une limitation importante est le peu de charge à haute énergie (100MeV à plusieurs GeV) fournie par ces accélérateurs. La cause physique derrière ce manque de charge provient principalement du fait que les techniques d’injection de charge actuelle reposent sur l’injection d’électrons depuis le gaz, qui est très peu dense en électrons. Afin de résoudre cette limitation, nous avons récemment proposé un nouveau concept d’injection à partir d’un système physique remarquable appelé miroir plasma. Ce concept est basé sur une cible hybride gaz-solide. Quand le laser à haute intensité interagit avec cette cible, il ionise complètement le solide et le gaz. La partie solide de la cible a une densité électronique tellement élevée qu’elle réfléchit le laser incident, en formant un “miroir plasma”. Dans la partie gazeuse de la cible, le laser se propage et génère des structures accélératrices comme dans les schémas conventionnels. Suite à la réflexion sur le miroir plasma, des jets d’électrons ultra-denses peuvent être précisément injectés dans les structures accélératrices formées par le laser réfléchi. Comme le solide peut fournir une charge beaucoup plus élevée que le gaz et que la charge est injectée à partir d’une région fortement localisée, ce schéma a le potentiel d’augmenter la charge accélérée tout en préservant la qualité du faisceau accéléré.
Le groupe PHI est à la pointe au niveau international dans l’étude et le contrôle de ces systèmes. En partenariat avec le LOA, nous avons démontré (à l’aide de lasers de classe 100 TW) que ce nouveau concept permet d’augmenter considérablement la charge dans ces accélérateurs tout en conservant la qualité du faisceau.

###Objectifs

Dans ce contexte, l’objectif 1 de la thèse sera de produire un accélérateur laser-plasma avec injecteur miroir plasma à plusieurs GeV sur des installations lasers de classe PetaWatt (type laser APOLLON). Avec un laser de classe PW, cet accélérateur laser-plasma devrait produire des faisceaux d’électrons de plusieurs 100pC à 4GeV avec une dispersion en énergie de quelques %. Une telle qualité de faisceau constituerait une avancée majeure dans le domaine.

L’objectif 2 sera ensuite d’envoyer ce faisceau d’électrons dans un convertisseur à haut Z pour produire des paires muons/anti-muons. Nos estimations montrent que l’on pourrait obtenir de l’ordre de 10^4 muons relativistes par tir, ce qui permettrait de fournir une radiographie de matériaux à haut Z en quelques minutes.

Ce sujet comporte à la fois des activités :

>Théoriques/numériques de modélisation à l’aide de notre code exascale WarpX (partie accélérateur laser-plasma) et du code Geant4 (partie convertisseur haut Z)

>Expérimentales (interaction laser-plasma à haute intensité, détection de muons relativistes).

Il implique plusieurs laboratoires partenaires :

>Le Laboratoire d’Optique Appliquée sur les expériences d’accélération laser-plasma (A. Leblanc),

>Le CEA-IRFU sur la partie détection (technologie micromegas, O. Limousin),

>Le Lawrence Berkeley National Lab sur la partie développement de code (WarpX).


En termes expérimental, nous utiliserons plusieurs installations laser :

>L’installation laser UHI100 pour la mise en place et le test de l’accélérateur plasma à puissance laser plus réduite,

>L’installation laser APOLLON pour la mise en place de l’accélérateur laser-plasma à puissance nominale (PW). Une première expérience implémentant le concept d’injecteur miroir plasma au PW est prévue en Mai 2024 en collaboration CEA-LOA. Suite à cette expérience, nous réaliserons ensuite une deuxième expérience (horizon 2025-2026) de production de muons sur APOLLON ou d’autres laser en Europe (dont les lasers ELI).
Matériaux 2D sous irradiation pour des fonctionnalités de demain

SL-DRF-24-0400

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

Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP)

Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP)

Saclay

Contact :

Stéphane GUILLOUS

Clara GRYGIEL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Stéphane GUILLOUS
CEA - DRF/IRAMIS/CIMAP/CIMAP

02.31.45.48.88

Directeur de thèse :

Clara GRYGIEL
CEA - DSM/IRAMIS/CIMAP

+33 2 31 45 49 34

Page perso : https://cv.archives-ouvertes.fr/grygiel-clara

Labo : http://cimap.ensicaen.fr/

Devant les enjeux liés au réchauffement climatique, certaines voies sont au cœur d’études en recherche fondamentale pour optimiser notamment les propriétés de matériaux pour la captation de gaz (CO2 par ex.), la filtration, le dessalement ou la conversion de l’eau en H2 par photocatalyse. Des matériaux bidimensionnels (graphène, MoS2, hBN, etc) nanostructurés par irradiation aux ions ont récemment montré des propriétés uniques et originales permettant d’améliorer l’efficacité de ces processus. L'introduction de modifications à la surface de ces matériaux peut être utilisée pour adapter leurs propriétés à des exigences spécifiques. Les irradiations par les ions lourds rapides comme ceux produits sur l'accélérateur GANIL ou par les ions de basse énergie produits sur le dispositif PELIICAEN du CIMAP, induisent des modifications de surface à l'échelle nanométrique.

Nous proposons au travers de ce sujet de thèse d'accéder à une meilleure compréhension des processus impliqués dans la structuration par faisceaux d’ions et la modification des propriétés de matériaux 2D en fonction de l'influence des différents paramètres d'irradiation sur les modifications radio-induites locales.
Nanoréacteurs tubulaires durables à polarisation radiale pour la catalyse

SL-DRF-24-0870

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 :

Pierre PICOT

Sophie LE CAER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Pierre PICOT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS/


Directeur de thèse :

Sophie LE CAER
CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

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

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

L'augmentation de la demande en énergie et la nécessité de réduire l’utilisation des combustibles fossiles afin de limiter le réchauffement climatique ont ouvert la voie à un besoin urgent de technologies de collecte d'énergie propre. Une solution intéressante consiste à utiliser l'énergie solaire pour produire des carburants. Ainsi, les matériaux bon marché tels que les semi-conducteurs ont fait l'objet de nombreuses études pour les réactions photocatalytiques. Parmi eux, les nanostructures 1D sont prometteuses en raison de leurs propriétés intéressantes (surfaces spécifiques élevées et accessibles, environnements confinés, transport d'électrons sur de longues distances et séparation des charges facilitées) L'imogolite, une argile naturelle sous la forme d'un nanotubes creux, appartient à cette catégorie. Sa particularité ne vient pas de composition chimique (Al, O et Si) mais de sa courbure intrinsèque qui induit une polarisation permanente de la paroi séparant efficacement les charges photo-induites. Ce nanotube appartient à une famille partageant la même structure locale avec différentes morphologies courbées (nanosphère et nanotuile). En outre, plusieurs modifications de ces matériaux sont possibles (couplage avec des nanoparticules métalliques, fonctionnalisation de la cavité interne), ce qui permet de moduler leurs propriétés. Ces matériaux sont ainsi de bons candidats comme nanoréacteurs pour les réactions photocatalytiques. Pour l'instant, la preuve de concept (i.e. le nanoréacteur pour des réactions photocatalytiques) n'a été obtenue que pour la forme nanotube. L'objectif de cette thèse est ainsi d'étudier toute la famille (nanotube, nanosphère et nanotuile, avec diverses fonctionnalisations) en tant que nanoréacteurs pour des réactions de réduction du proton et du CO2 déclenchées sous illumination
Spectroscopie attoseconde haute cadence de la photoémission ultrarapide des gaz

SL-DRF-24-0345

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 : 01-10-2024

Contact :

Pascal SALIERES
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169086339

Directeur de thèse :

Pascal SALIERES
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169086339

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/pascal.salieres/

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

Voir aussi : http://attolab.fr/

Résumé :
L’étudiant-e développera des techniques de spectroscopie attoseconde utilisant de nouvelles sources laser Ytterbium de haute cadence. Les dynamiques ultrarapides de photoémission seront étudiées pour observer en temps réel les processus de diffusion/réarrangement électronique ainsi que l’intrication quantique électron-ion, en mettant à profit les techniques de coïncidence de particules chargées.

Sujet détaillé :
Ces dernières années, la génération et les applications des impulsions attoseconde (1 as=10-18 s) ont connu des progrès spectaculaires, récompensés par le Prix Nobel 2023 [1]. Ces impulsions ultrabrèves sont générées lors de la forte interaction non linéaire d’impulsions laser infrarouges brèves et intenses avec un jet de gaz [2]. Une nouvelle technologie laser à base d’Ytterbium est en train d’émerger, avec une stabilité 5 fois supérieure et une cadence 10 fois supérieure à celles de la technologie actuelle Titane:Saphir. Ces nouvelles capacités représentent une révolution pour le domaine.
Ceci ouvre de nouvelles perspectives d’exploration de la matière à l’échelle de temps intrinsèque des électrons. La spectroscopie attoseconde permet ainsi d’étudier en temps réel le processus quantique de photoémission en phase gaz, de filmer en 3D l’éjection des paquets d’onde électronique [3,4], d’étudier les réarrangements électroniques du système ionisé et les effets de décohérence quantique dus à l’intrication électron-ion [5].
Le premier objectif de la thèse est de mettre en œuvre sur la plateforme laser ATTOLab les spectroscopies attoseconde utilisant les nouvelles sources laser Ytterbium. Le second objectif est de mettre à profit les techniques de coïncidence de particules chargées, permises par la haute cadence, pour étudier avec une précision inédite les dynamiques de photoémission et d’intrication quantique.
L’étudiant-e sera formé-e en optique ultrarapide, physique atomique et moléculaire, optique quantique, et acquerra une bonne maitrise des spectroscopies XUV et de particules chargées.

Références :
[1] https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2023/summary/
[2] Y. Mairesse, et al., Science 302, 1540 (2003)
[3] V. Gruson, et al., Science 354, 734 (2016)
[4] A. Autuori, et al., Science Advances 8, eabl7594 (2022)
[5] C. Bourassin-Bouchet, et al., Phys. Rev. X 10, 031048 (2020)

Spin, symétries, topologie et altermagnétisme

SL-DRF-24-0370

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

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

SYLVAIN PETIT

Paul McClarty

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/NFMQ/

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

Paul McClarty
CNRS - DRF/IRAMIS/LLB


Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/sylvain.petit/

Labo : https://iramis.cea.fr/llb/NFMQ/

Le sujet central de la thèse est une forme de matière récemment proposée, appelée altermagnétisme. Comme les antiferromagnétiques simples, il s'agit de matériaux magnétiques qui présentent un ordre magnétique à longue portée sans moment net. Dans les antiferromagnétiques simples, les bandes électroniques de spin up et down sont dégénérées. Mais dans les altermagnétiques, elles ne le sont pas. Une façon de considérer ces matériaux est de dire qu'ils sont non magnétiques dans l'espace réel mais magnétiques dans l'espace des quantités de mouvement, combinant ainsi les caractéristiques des ferromagnétiques et des antiferromagnétiques. Ces matériaux ont suscité un grand intérêt dans la communauté de la spintronique. Celle-ci s'intéresse depuis longtemps aux antiferroaimants car ils sont insensibles aux champs parasites et peuvent permettre une commutation plus rapide que les ferroaimants classiques. Les altermagnétiques ont le potentiel de réaliser les rêves de la spintronique antiferromagnétique. Parallèlement, les altermagnétiques présentent un intérêt fondamental en physique de la matière condensée. Il s'avère que l'altermagnétisme est fondé sur un type particulier de brisure de symétrie décrit par la théorie des groupes de spin.

L'objectif de ce projet de thèse est d'étendre notre compréhension des groupes de spin en matière condensée, en particulier dans la direction de l'altermagnétisme et des matériaux topologiques.
nanoréacteurs tubulaires durables à polarisation radiale pour la catalyse

SL-DRF-24-0284

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 :

Pierre PICOT

Sophie LE CAER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Pierre PICOT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS/


Directeur de thèse :

Sophie LE CAER
CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

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

Labo : https://iramis.cea.fr/NIMBE/LIONS/

Les exigences combinées liées à l'augmentation de la production d'énergie et à la nécessité de réduire les combustibles fossiles pour limiter le réchauffement de la planète ont ouvert la voie à un besoin urgent pour des technologies de collecte d'énergie propre. Une solution intéressante consiste à utiliser l'énergie solaire pour produire des carburants. Ainsi, les matériaux bon marché tels que les semi-conducteurs ont fait l'objet de nombreuses études pour les réactions photocatalytiques. Parmi eux, les nanostructures 1D sont prometteuses en raison de leurs propriétés intéressantes (surfaces spécifique et accessibles élevées, environnements confinés, meilleure séparation des charges). L'imogolite, une argile naturelle sous la forme d'un nanotubes creux, appartient à cette catégorie. Bien qu'elle ne soit pas directement photoactive dans le domaine de la lumière visible (bande interdite élevée), elle présente une polarisation permanente de sa paroi en raison de sa courbure intrinsèque. Cette propriété fait d'elle un co-photocatalyseur potentiellement utile pour la séparation des charges. De plus, ce nanotube appartient à une famille partageant la même structure locale avec différentes morphologies courbées (nanosphère et nanotuile). En outre, plusieurs modifications de ces matériaux sont possibles (dopage de la paroi avec des métaux, couplage avec des nanoparticules métalliques, fonctionnalisation de la cavité interne), ce qui permet d'ajuster la bande interdite. Pour l'instant, la preuve de concept (c'est-à-dire le nanoréacteur pour des réactions photocatalytiques) n'a été obtenue que pour la forme nanotube.

L'objectif de cette thèse est ainsi d'étudier toute la famille (nanotube, nanosphère et nanotuile, avec diverses fonctionnalisations) en tant que nanoréacteurs pour des réactions de réduction du proton et du CO2 déclenchées sous irradiation.
Expériences virtuelles de diffusion neutronique de la modération à la détection des neutrons.

SL-DRF-24-0317

Domaine de recherche : Mathématiques - Analyse numérique - Simulation
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Nouvelles Frontières dans les Matériaux Quantiques (NFMQ)

Saclay

Contact :

Xavier Fabrèges

Frédéric OTT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2024

Contact :

Xavier Fabrèges
CNRS - UMR12

+33 1 69 08 60 09

Directeur de thèse :

Frédéric OTT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/NFMQ

01 69 08 61 21

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

Voir aussi : https://iramis.cea.fr/llb/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstechnique.php?id_ast=2755

La communauté française de diffusion neutronique propose de construire une nouvelle source de diffusion neutronique de type HiCANS, High-Current Accelerator-driven Neutron Source. Une telle source utiliserait un accélérateur de proton de basse énergie, quelques dizaines de MeV, pour produire des neutrons thermiques et froids et alimenter une suite instrumentale d’une dizaine de spectromètres. L’objectif du projet de thèse est de construire une description multi-échelle du fonctionnement d’un appareil de diffusion neutronique allant de la description des processus microscopiques de modération des neutrons et des interactions des neutrons avec la structure atomique et la dynamique des échantillons en passant par la propagation des neutrons à travers des éléments optiques avancés et la production de particules secondaires créant du bruit de fond. L’objectif final et de pouvoir réaliser des expériences de diffusion neutroniques virtuelles et de prédire de manière aussi fine que possible les performances des instruments sur la future source ICONE.
Etude expérimentale des couches limites en convection turbulente par spectroscopie multi-diffusive.

SL-DRF-24-0355

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Sébastien AUMAITRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Sébastien AUMAITRE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX


Directeur de thèse :

Sébastien AUMAITRE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX


Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/sebastien.aumaitre/

Labo : https://iramis.cea.fr/spec/sphynx/

Le but de cette thèse est de réaliser la première mesure expérimentale de l’énergie dissipée dans les couches limites en convection turbulente dans la configuration de Rayleigh-Bénard. En effet, des théories affirment que cette quantité contrôle le flux de chaleur transporté de la paroi chaude vers la paroi froide alors même que l’efficacité du transport turbulent en convection fait l’objet de débats. Les propriétés du transport turbulent sont pourtant essentielles à comprendre pour décrire la dynamique du climat et de nombreux objets astrophysiques.

Pour estimer l’énergie dissipée, il faut pouvoir mesurer la norme du gradient des vitesses. Cette quantité est difficilement accessible avec les techniques d’anémométries classique qui mesurent les champs de vitesse avec une résolution limitée. Ces gradients sont également couteux à obtenir numériquement sur des temps longs. Mais nous avons mis au point une technique de mesure directe de la norme des gradients de vitesse grâce à la Spectroscopie par diffusion multiple. Elle nous permettra de mesurer les structures dissipatives et le taux énergie dissipée dans les couches limites
Nanofluides thermoélectriques pour un capteur de chaleur solaire hybride

SL-DRF-24-0358

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Sawako NAKAMAE

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

Contact :

Sawako NAKAMAE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087538

Directeur de thèse :

Sawako NAKAMAE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169087538

Page perso : https://iramis.cea.fr/spec/Pisp/sawako.nakamae/

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

Voir aussi : https://www.magenta-h2020.eu

Les matériaux thermoélectriques (TE) capables de convertir la chaleur en électricité sont considérés comme une solution possible pour récupérer la chaleur fatale provenant du flux de déchets industriels, de moteurs, d’appareils électroniques ménagers ou de la chaleur corporelle. Depuis plusieurs années, au sein du laboratoire SPHYNX nous explorons les effets thermoélectriques dans les nanofluides ioniques, où des nanoparticules chargées électriquement servent à la fois de porteurs de chaleur et d'électricité. Contrairement aux matériaux solides, plusieurs effets TE interdépendants se produisent dans ces fluides, en donnant des valeurs du coefficient thermoélectrique généralement supérieures d'un ordre de grandeur à celles des semiconducteurs solides. De plus, les liquides thermoélectriques sont constitués de matières premières abondantes, et ils font l'objet d'une attention particulière en tant que futurs matériaux TE peu coûteux et écologiques. Alors que les origines précises des phénomènes thermoélectriques dans ces fluides sont encore débattues, nos résultats expérimentaux indiquent que les natures physico-chimiques d’interface particule-liquide y jouent un rôle décisif.

L'objectif du projet de doctorat est double :
- Premièrement, nous étudierons les mécanismes thermodynamiques sous-jacents à la production du potentiel thermoélectrique dans les nanofluides par mesures systématiques du coefficient Seebeck et le courant électrique produit. Il s'agit de la production de l'entropie de transfert d'Eastman de nanoparticules sous les gradients de concentration, de température et de potentiel électrique. Les résultats seront comparés à leur propriétés thermo-diffusives et absorptions optiques étudiées par ailleurs dans le cadre d'actions de collaboration.
- Deuxièmement, le projet vise à utiliser les fluides plus prometteurs dans les capteurs hybrides solaires-thermoélectriques prototypes développés actuellement et de les optimiser pour démontrer leur capacité à cogénérer chaleur et électricité.

Le projet de recherche proposé est principalement expérimental, impliquant des mesures thermoélectriques, thermiques et électrochimiques ; la mise en place d'un système d'acquisition de données automatisé et l'analyse des données obtenues. Des notions de thermodynamique, de physique des fluides et de physique de l'ingénierie (des dispositifs), ainsi que des connaissances pratiques sur la manipulation des dispositifs de laboratoire sont souhaitées. Des connaissances de base en optique et en électrochimie sont un plus mais pas obligatoires. Pour les étudiants motivés, des simulations numériques utilisant des logiciels CFD commerciaux aussi bien que les mesures d'absorption optique au laboratoire partenaire (LNO/CNR, Florence, Italie) peuvent également être envisagées.
Réponse diélectrique d’un liquide vitrifiable fortement hors équilibre

SL-DRF-24-0279

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Marceau HENOT

François LADIEU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2024

Contact :

Marceau HENOT
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX


Directeur de thèse :

François LADIEU
CEA - DRF/IRAMIS

01 69 08 72 49

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/marceau.henot/

Labo : https://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX/

Les matériaux à l’état vitreux présentent un grand intérêt pratique et on les retrouve dans nombre d’applications : les verres de silice comme matériaux pour la construction ou les transports, les matières plastiques qui sont généralement au moins partiellement vitreuses ou les alliages métalliques vitreux pour des applications de pointe. Or les propriétés physiques de ces matériaux (par exemple la solidité d’un écran de téléphone) dépendent du traitement thermique qu’ils ont reçu au cours de leur formation et plus particulièrement de la vitesse de refroidissement à partir de l’état liquide. Si les procédés industriels de fabrication des verres sont évidemment bien maîtrisés, la nature hors-équilibre thermodynamique de ces systèmes rend particulièrement difficile l’investigation théorique et numérique des mécanismes physiques à l’œuvre. Cela rend nécessaire une approche expérimentale visant à sonder ces mécanismes fondamentaux.

Cette thèse vise à étudier expérimentalement la réponse très hors équilibre de liquides polaires à l’aide d’un dispositif développé récemment au sein du laboratoire permettant d’appliquer à un liquide un changement très rapide de température et de suivre sa dynamique de rééquilibration. Des mesures de réponse linéaire devrait permettre d’en savoir plus sur les mécanismes physiques gouvernant l’équilibration tandis que des mesures non-linéaires renseigneraient sur la nature coopérative des réarrangements structuraux.
Effet de la substitution sur les propriétés ferroélectriques et photocatalytiques de nanoparticules de titanate de barium

SL-DRF-24-0401

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Yann LECONTE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

Directeur de thèse :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=leconte

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/leel/

Dans le cadre de la transition énergétique, la production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire apparait comme un moyen de stockage puis de production d’énergie extrêmement prometteur. La photoélectrolyse de l’eau, pour se développer à grande échelle, a besoin de matériaux à haut rendement catalytique. Parmi les candidats envisagés, les matériaux dérivés des titanates de barium apparaissent prometteurs car leurs propriétés ferro- et piezoélectriques pourraient augmenter leur effet photocatalytique. Nous proposons donc dans ce sujet, mené en collaboration entre le LEEL du CEA et le SPMS de Centrale – Supelec, de synthétiser des nanoparticules de BaTiO3 par spray pyrolyse en flamme en opérant des substitutions sur Ba et O afin d’étudier l’effet de ces modifications sur les propriétés ferroélectriques du matériau. L’ajout d’inclusions de métaux nobles en surface des particules, susceptibles d’améliorer la catalyse, sera également réalisée lors de la synthèse de ces dernières. Enfin, des tests de photocatalyse et de piezocatalyse permettront d’établir les liens entre les phénomènes ferroélectriques et catalytiques dans cette famille de matériaux.
Evolution structurale sous irradiation électronique d’hydroxydes et hydrates lamellaires

SL-DRF-24-0532

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Marie-Noelle De Noirfontaine

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Marie-Noelle De Noirfontaine
CNRS - DRF/IRAMIS/LSI


Directeur de thèse :

Marie-Noelle De Noirfontaine
CNRS - DRF/IRAMIS/LSI


Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/de-noirfontaine-marie-noelle

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

Le contexte sociétal de l’étude est l’optimisation des matrices cimentaires pour le conditionnement des déchets nucléaires. Ces matrices cimentaires sont composées de minéraux hydratés, dont certains sont lamellaires (portlandite Ca(OH)2, brucite Mg(OH)2, brushite CaHPO4.2H2O, gibbsite Al(OH)3…). Très peu de données existent dans la littérature sur l’endommagement structural de ces minéraux lamellaires hydratés sous irradiation électronique. Le sujet de thèse proposé vise à investiguer expérimentalement les modifications structurales induites par irradiation dans divers types de composés, en vue d’une meilleure compréhension des mécanismes d’endommagement de ces composés sous irradiation et de dégager des critères de sensibilité à l’irradiation afin d’optimiser in fine la composition chimique et minéralogique des matériaux.
Exploration de la réactivité de catalyseurs à base d’oxyde par radiolyse

SL-DRF-24-0239

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Nathalie HERLIN

Sophie LE CAER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Nathalie HERLIN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169083684

Directeur de thèse :

Sophie LE CAER
CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 58

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/sophie.le-caer/

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/LIONS

Voir aussi : https://iramis.cea.fr/nimbe/LEDNA

Dans le contexte de la recherche de procédés moins polluants et plus économes en énergie que les procédés actuels, il est intéressant de produire des molécules à fort enjeu telles que par exemple C2H4 en développant des voies de synthèses alternatives au vapocraquage, majoritairement employé, mais coûteux en énergie et à base de ressources fossiles. Les procédés tels que la photocatalyse, qui repose sur l’utilisation de l’énergie lumineuse, paraissent alors séduisants pour générer ces molécules d’intérêt. Dans ce cadre, nous avons déjà montré que l’utilisation de photocatalyseurs à base de TiO2 décoré par des particules de cuivre permettait la production d’éthylène à partir d’une solution aqueuse d’acide propionique, le tout avec une sélectivité (C2H4/autres produits carbonés) allant jusqu’à 85%.

Cependant, les cinétiques de photocatalyse peuvent être lentes et il peut être long d’identifier les meilleurs catalyseurs ou les meilleurs couples « catalyseurs/réactifs » pour une réaction donnée. Ainsi, dans le but de déterminer si la radiolyse, qui repose sur l’utilisation du rayonnement pour ioniser la matière, peut être une méthode efficace de criblage de catalyseurs, des premières expériences ont déjà été réalisées sur les couples catalyseurs (TiO2 ou CuTiO2)/réactifs (acide propionique plus ou moins concentré), préalablement étudiés en photocatalyse. Les premiers résultats obtenus par radiolyse sont encourageants. Dans ces expériences, seule la production de dihydrogène a été mesurée. Une différence significative a été observée dans cette production selon les systèmes : elle est importante lors de la radiolyse d’acide propionique avec des nanoparticules de TiO2, et sensiblement plus faible en présence des nanoparticules CuTiO2, ce qui suggère un chemin réactionnel différent dans ce dernier cas, en accord avec les observations réalisées lors des expériences de photocatalyse.

Le but de ce travail de thèse consistera à approfondir ces premiers résultats en synthétisant des nanoparticules (catalyseurs), en préparant des mélanges réactifs/catalyseurs puis en les irradiant et en mesurant les différents gaz produits par micro-chromatographie en phase gazeuse, en se concentrant d’abord sur l’éthylène. Un soin particulier sera accordé à la détermination d’espèces formées, notamment transitoires, afin de proposer in fine des mécanismes de réaction rendant compte des différences observées pour les différents couples réactifs/catalyseurs. Des comparaisons avec des résultats obtenus par photocatalyse seront également effectuées.
La terre crue, un matériau millénaire aux nouvelles utilisations émergentes

SL-DRF-24-0360

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Jean-Philippe RENAULT

Diane REBISCOUL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2024

Contact :

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

01 69 08 15 50

Directeur de thèse :

Diane REBISCOUL
CEA - DES/ICSM (DES)//L2ME

0033 4 66 33 93 30

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

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

Voir aussi : https://www.icsm.fr/index.php?pagendx=3898

Les matériaux en terre crue, qui ont trouvé de multiples utilisations depuis des millénaires, offrent aujourd'hui un potentiel considérable en matière d'adaptation au changement climatique, grâce à leurs capacités naturelles de régulation thermique et hydrique ainsi que leurs production et façonnement à faibles émissions de CO2. Toutefois, des avancées scientifiques restent nécessaires pour une compréhension plus fine de ces matériaux, à l'échelle nanométrique.

Cette thèse se concentre sur le lien entre les propriétés mécaniques des matériaux en terre crue et leur nanostructure en mettant l’accent sur les rôles de l'eau confinée, des ions et des substances organiques. Deux approches, basées sur l’expertise sur les milieux nanoporeux développée au CEA, à Saclay et à Marcoule, seront suivies : l'analyse de matériaux anciens par des méthodes de spectroscopie et de diffusion de rayonnement ainsi que la mise au point d'un protocole de criblage permettant d’identifier les paramètres physicochimiques importants pour la durabilité. Ces recherches, qui visent à terme à optimiser les formulations de matériaux en terre crue, seront menées en collaboration avec des architectes spécialistes du domaine.
Métamatériaux multiéchelles à base de composites polymères biosourcés 3D-imprimés

SL-DRF-24-0326

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Valérie GEERTSEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Valérie GEERTSEN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0643360545

Directeur de thèse :

Valérie GEERTSEN
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

0643360545

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.geertsen/

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

La réduction de la densité des matériaux est une des voies privilégiées pour réduire notre empreinte énergétique. Une des solutions consiste à remplacer les matériaux massifs par des microtreillis. Parmi ceux-ci, les structures d’architecture aléatoire inspirées de la structure osseuse possèdent les meilleurs atouts avec un comportement mécanique isotrope et une tenue mécanique accrues tout en répondant aux enjeux de l’économie circulaire et à l'adaptation au changement climatique. Peu consommateurs de matière, ces métamatériaux sont fabriqués par impression 3D et peuvent être compactés en fin de vie. Parmi toutes les technologies de fabrication, l’impression par polymérisation UV de résine liquide organique ou de composite est la plus prometteuse. Elle permet d’obtenir des matériaux résistants mécaniquement, sans générer de déchet de fabrication. Il est en outre possible d’y inclure de forte quantité de charge biosourcées réduisant encore leur impact environnemental.

La thèse proposée ici consiste à mettre au point l’impression de structures en microtreillis composites, depuis la formulation de la résine composite jusqu’à l’étude des propriétés mécaniques (viscoélasticité, limite élastique et résistance à la rupture) en passant par l’étape d’impression et de post-traitement. D’un point de vue plus fondamental, il s’agira d’étudier le lien entre la composition, la forme et les propriétés de surface des charges d’une part, et les propriétés d’imprimabilité de la résine et la réponse mécanique du métamatériau résultant d’autre part. La thèse se focalisera sur l’étude de charge de type cellulose sous forme de nanoparticule, microparticule ou fibre.
Par cette étude multidisciplinaire allant de la molécule chimique à la physique statistique, il s’agira de faire le lien entre la science et la technologie et créer les données de base à un jumeau numérique. Ceci permettra de mieux appréhender l’ensemble des processus et fournira des données de base sur les propriétés d’élasticité et résistance à la rupture qui serviront de socle à la modélisation numérique pour la génération accélérée de nouveaux matériaux.
Synthèse de nanoparticules de diamant à façon pour la production d’hydrogène par photocatalyse

SL-DRF-24-0432

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Hugues GIRARD

Jean-Charles ARNAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Hugues GIRARD
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169084760

Directeur de thèse :

Jean-Charles ARNAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

01 68 08 71 02

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

Labo : https://iramis.cea.fr/NIMBE/LEDNA/

Nos résultats récents montrent que le nanodiamant peut agir comme un photocatalyseur, permettant la production d’hydrogène sous illumination solaire [1]. Malgré sa large bande interdite, sa structure de bande est adaptable selon sa nature et sa chimie de surface [2]. De plus, l’incorporation contrôlée de dopants ou de carbone sp2 conduit à générer des états supplémentaires dans la bande interdite qui augmentent l’absorption de la lumière visible comme le montre une étude récente associant notre groupe [3]. Les performances photocatalytiques des nanodiamants sont très dépendantes de leur taille, de leur forme et de leur concentration en impuretés chimiques. Il donc est essentiel de mettre au point une méthode de synthèse de nanodiamants "à façon" dans laquelle ces différents paramètres pourraient être finement contrôlés, afin de disposer d’une filière de nanodiamants "contrôlés" qui fait actuellement défaut.

Ce sujet de thèse vise à développer la synthèse de nanodiamants par une approche bottom-up utilisant un template sacrificiel (billes ou fibres de silice) sur lequel des germes de diamant < 10 nm seront fixés par interaction électrostatique. La croissance des nanoparticules de diamant à partir de ces germes sera réalisée en exposant ces objets à un plasma de croissance de dépôt chimique en phase vapeur activé par micro-ondes (MPCVD), ce qui permettra de contrôler très finement (i) l’incorporation d’impuretés dans le matériau (ii) sa qualité cristalline (rapport sp2/sp3) (iii) sa taille. Ce dispositif de croissance, qui existe au CEA NIMBE, est utilisé pour la synthèse de cœur-coquilles de diamant dopé au bore [4]. Dans la seconde partie de la thèse, un procédé innovant (demande de brevet en cours) sera mis en œuvre pour réaliser la croissance MPCVD des nanoparticules de diamant en faisant circuler les templates sacrificiels dans un flux gazeux. Au cours de cette thèse, plusieurs types de nanodiamants seront synthétisés : des nanoparticules intrinsèques (sans dopage intentionnel) et des nanoparticules dopées au bore ou à l’azote.

Après croissance, les nanoparticules seront collectées après dissolution du template. Leur structure cristalline, leur morphologie et leur chimie de surface seront étudiées au CEA NIMBE. Une analyse fine de la structure cristallographique et des défauts structuraux sera réalisée par microscopie électronique en transmission à haute résolution.

Les nanodiamants seront ensuite modifiés en surface pour leur conférer une stabilité colloïdale dans l’eau. Leurs performances photocatalytiques pour la production d’hydrogène seront mesurées en collaboration avec l’ICPEES de Strasbourg.

Références
[1] Patent, Procédé de production de dihydrogène utilisant des nanodiamants comme photocatalyseurs, CEA/CNRS, N° FR/40698, juillet 2022.
[2] Miliaieva et al., Nanoscale Adv. 2023.
[3] Buchner et al., Nanoscale (2022)
[4] Henni et al., Diam. Relat. mater. (under review)
Caractérisation in situ et en temps réel de nanomatériaux par spectroscopie de plasma

SL-DRF-24-0388

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Marc BRIANT

Yann LECONTE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Marc BRIANT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE

01 69 08 53 05

Directeur de thèse :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

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

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/

L'objectif de cette thèse est de développer un dispositif expérimental permettant de réaliser l'analyse élémentaire in situ et en temps réel de nanoparticules lors de leur synthèse (par pyrolyse laser ou pyrolyse par flamme). La spectrométrie d'émission optique de plasma induit par laser (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS) sera utilisée pour identifier les différents éléments présents et de déterminer leur stœchiométrie.

Les expériences préliminaires menées au LEDNA ont montré la faisabilité d'un tel projet et en particulier l'acquisition d'un spectre LIBS d'une nanoparticule unique. Néanmoins le dispositif expérimental doit être développé et amélioré afin d'obtenir un meilleur rapport signal sur bruit, de diminuer la limite de détection, de tenir compte des différents effets sur le spectre (effet de taille des nanoparticules, de composition ou de structure complexe), d'identifier et de quantifier automatiquement les éléments présents.

En parallèle, d'autres informations pourront être recherchées (via d'autres techniques optiques) comme la densité de nanoparticules, la distribution de taille ou de forme.
Simulation numérique à grande échelle et optimisation d’un nouveau concept d'injecteur pour augmenter la charge accélérée dans les accélérateurs d’électrons laser-plasma afin d’en permettre des applications scientifiques et technologiques

SL-DRF-24-0353

Domaine de recherche : Physique des plasmas et interactions laser-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Luca Fedeli

Henri VINCENTI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Luca Fedeli
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

+33 1 69 08 19 59

Directeur de thèse :

Henri VINCENTI
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Page perso : https://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Pisp/index.php?nom=henri.vincenti

Labo : https://iramis.cea.fr/LIDYL/PHI/

Voir aussi : https://www.olcf.ornl.gov/2022/10/27/warpx-named-gordon-bell-prize-finalist/

L'interaction d’un laser ultra-intense avec un jet de gaz peut être utilisée pour accélérer des paquets d'électrons très courts jusqu'à des énergies très élevées (jusqu’à plusieurs GeV) sur quelques centimètres seulement, avec une technique appelée “Laser WakeField Acceleration” (LWFA). La taille réduite de ces dispositifs et la durée très courte des paquets d'électrons en font une source potentiellement intéressante pour plusieurs applications scientifiques et technologiques. Cependant, l'LWFA ne fournit généralement pas assez de charge pour la plupart des applications envisagées, en particulier si une qualité de faisceau élevée et des énergies importantes sont également requises.

Le premier objectif de cette thèse est de comprendre la physique de base d'un nouveau schéma d'injection LWFA récemment conçu dans notre groupe: une cible solide couplée à un jet de gaz pour accélérer beaucoup plus de charge que les schémas d'injection conventionnels, tout en préservant la qualité du faisceau. Des campagnes de simulation numérique à grande échelle et des techniques d’apprentissage automatique seront utilisées pour optimiser les propriétés des électrons accélérés. Enfin, l’interaction de ces faisceaux d’électrons avec des échantillons sera simulée à l’aide d’un code Monte Carlo afin d'évaluer leur potentiel pour des applications telles que la Muon Tomography et la radiobiologie/radiothérapie. L’activité proposée est essentiellement numérique, mais avec la possibilité de participer aux activités expérimentales de l’équipe.

Le(a) doctorant(e) aura l'opportunité de participer aux activités d'une équipe dynamique avec de fortes collaborations nationales et internationales. Il/elle acquerra également les compétences nécessaires pour participer à des expériences d'interaction laser-plasma dans des installations d'envergure internationale. Enfin, il/elle acquerra les compétences nécessaires pour participer au développement d'un logiciel complexe écrit en C++ moderne et conçu pour utiliser efficacement les superordinateurs plus puissants au monde: le code Particle-In-Cell WarpX (prix Gordon Bell en 2022). L’activité de développement sera réalisée en collaboration avec l’équipe guidée par le Dr. J.-L. Vay à LBNL (US), où le/la doctorant(e) pourrait avoir l’opportunité de passer quelques mois au cours de la thèse.
Implémentation d’un nouveau concept d'injecteur pour augmenter la charge accélérée dans les accélérateurs d’électrons laser-plasma afin d’en permettre des applications scientifiques et technologiques

SL-DRF-24-0352

Domaine de recherche : Physique des plasmas et interactions laser-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Luca Fedeli

Henri VINCENTI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Luca Fedeli
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

+33 1 69 08 19 59

Directeur de thèse :

Henri VINCENTI
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Page perso : https://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Pisp/index.php?nom=henri.vincenti

Labo : https://iramis.cea.fr/LIDYL/PHI/

Voir aussi : https://www.olcf.ornl.gov/2022/10/27/warpx-named-gordon-bell-prize-finalist/

L'interaction d’un laser ultra-intense avec un jet de gaz peut être utilisée pour accélérer des paquets d'électrons très courts jusqu'à des énergies très élevées (jusqu’à plusieurs GeV) sur quelques centimètres seulement, avec une technique appelée “Laser WakeField Acceleration” (LWFA). La taille réduite de ces dispositifs et la durée très courte des paquets d'électrons en font une source potentiellement intéressante pour plusieurs applications scientifiques et technologiques. Cependant, l’LWFA ne fournit généralement pas assez de charge pour la plupart des applications envisagées, en particulier si une qualité de faisceau élevée et des énergies importantes sont également requises. L’objectif de cette thèse est d’implémenter dans plusieurs laboratoires lasers à la pointe (en France et à l'international) un nouveau schéma d'injection LWFA récemment conçu dans notre groupe: une cible solide couplée à un jet de gaz pour accélérer beaucoup plus de charge que les schémas d'injection conventionnels, tout en préservant la qualité du faisceau. L'activité proposée est majoritairement expérimentale, mais avec la possibilité de participer aux activités de simulation numérique à grande échelle qui sont nécessaires pour réaliser le design d’une expérience et en interpréter les résultats. Le(a) doctorant(e) aura l'opportunité de participer aux activités d'une équipe dynamique avec de fortes collaborations nationales et internationales. Il/elle acquerra également les compétences nécessaires pour participer à des expériences d'interaction laser-plasma dans des installations d'envergure internationale. Enfin, il/elle aura la possibilité de participer à l’activité de modélisation numérique du groupe, réalisée sur les superordinateurs plus puissants au monde avec un code Particle-In-Cell open source à la pointe (WarpX, prix Gordon Bell en 2022).
Cartographie de la polarisation électrique dans des dispositifs ferroélectriques à l’échelle nanométrique

SL-DRF-24-0735

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

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Jean-Baptiste MOUSSY
CEA - DRF/IRAMIS

01-69-08-72-17

Directeur de thèse :

Jean-Baptiste MOUSSY
CEA - DRF/IRAMIS

01-69-08-72-17

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/jean-baptiste.moussy/

Labo : https://iramis.cea.fr/spec/lno/

Les matériaux ferroélectriques, avec leur forte constante diélectrique et leur polarisation spontanée, font l'objet de recherches intenses en microélectronique. La polarisation est un paramètre essentiel pour ces matériaux alors que sa caractérisation reste majoritairement limitée à l’échelle macroscopique par des méthodes électriques classiques. Pour approfondir la compréhension de ces matériaux, en particulier en couches minces, et créer de nouveaux dispositifs, des mesures locales sont indispensables. Ce projet de thèse vise à développer une nouvelle méthodologie pour cartographier directement la polarisation dans des dispositifs à l'échelle nanométrique. En combinant l'expertise des équipes du SPEC dans la croissance de matériaux en couches minces et du C2N dans la nanostructuration et les mesures électriques, nous allons élaborer et concevoir une géométrie particulière de nanostructures permettant d’utiliser en particulier l'holographie électronique operando (collaboration avec le CEMES-CNRS, ANR POLARYS) pour cartographier quantitativement le potentiel électrique local dans les nanodispositifs lors de l'application d'une tension.
Dynamique couplée des électrons et des phonons dans des matériaux 1d et 2d pour des applications thermoélectriques potentielles : confinement quantique et les effets de bain de phonons externe

SL-DRF-24-0535

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Jelena SJAKSTE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Jelena SJAKSTE
CNRS - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

+33169334511

Directeur de thèse :

Jelena SJAKSTE
CNRS - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

+33169334511

Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/sjakste-jelena

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/research/theorie-de-la-science-des-materiaux

Aujourd'hui, dans le contexte du changement climatique et de la recherche de technologies numériques frugales, il y a un besoin urgent de développer un portefeuille de matériaux thermoélectriques offrant une stabilité thermique, notamment pour la plage des températures entre 300 et 400 K, où une quantité de chaleur importante est gaspillée dans l'environnement. Par rapport aux matériaux massifs, les matériaux de faible dimension, tels que les nanofils et les films minces, offrent des possibilités intéressantes pour améliorer leurs propriétés thermoélectriques. Dans ce projet théorique, nous visons à décrire la dynamique couplée des électrons et des phonons dans des matériaux de faible dimension via une approche basée sur la théorie de la fonctionnelle de densité et sur les équations de transport de Boltzmann couplées pour les électrons et les phonons. L'objectif du projet sera de décrire les principaux effets de la dimensionnalité réduite et les rôles des l'interfaces et du substrat sur les propriétés de transport thermoélectrique dans les matériaux 1D et 2D. Le choix des matériaux est motivé par leur applicabilité potentielle dans le domaine de la récupération d'énergie de nouvelle génération, ainsi que par les collaborations en cours avec des expérimentateurs. Récemment, les chercheurs du GEEPS ont démontré que le Bi2O2Se en 2D permet d'atteindre une puissance thermoélectrique 6 fois plus importante et plus proche d'un fonctionnement à température ambiante que celle mesurée récemment par un autre équipe. Ce résultat préliminaire est très encourageant et soulève des questions fondamentales sur les raisons physiques qui ont conduit à un facteur de puissance aussi exceptionnel. C’est ce que notre projet théorique vise à élucider.
Etude et optimisation de la puissance dissipée des dispositifs d’interconversion de courant de spin en courant de charge

SL-DRF-24-0503

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Jean-Eric WEGROWE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Jean-Eric WEGROWE
CEA - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

0169334555

Directeur de thèse :

Jean-Eric WEGROWE
CEA - LSI/Laboratoire des Solides Irradiés

0169334555

Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/wegrowe-jean-eric

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/research/physique-et-chimie-des-nano-objets

L’argument majeur en faveur du développement de l’électronique de spin est la faible puissance dissipée par ces dispositifs pour le traitement et stockage de l’information. Le but de la thèse est de déterminer et optimiser cette puissance. Nous focalisons l’étude sur la puissance dissipée par deux types de dispositifs. D’une part ceux permettant le retournement de l’aimantation d’une couche magnétique par un courant de spin transverse (effet de « Spin-Orbit Torque », ou SOT, sur des métaux), et d’autre part, les dispositifs utilisant des matériaux topologiques.

Dans ce contexte, la définition de la puissance utile est un problème ouvert. En effet, la thermodynamique de ce type de systèmes hors équilibre met en jeu des effets croisés entre les degrés de liberté des porteurs de charges électriques, ceux du spin de ces porteurs, ainsi que ceux de l’aimantation de la couche adjacente.

Nous avons développé une méthode variationnelle dans le cadre de la théorie de la thermodynamique hors équilibre permettant d’établir l’état stationnaire d’une barre de Hall et la puissance dissipée dans un circuit de charge. Un protocole expérimental adapté et des mesures préliminaires ont récemment validées la prédiction dans le cas de l’effet Hall anormal. Le projet vise à élargir cette étude au SOT et aux matériaux topologiques.
Etude théorique des propriétés physiques et optiques de certaines surfaces d’oxyde de titane pour des applications de détection de gaz à effets de serre

SL-DRF-24-0569

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 : 01-10-2024

Contact :

Nathalie VAST
CEA - DRF/IRAMIS/LSI

01 69 33 45 51

Directeur de thèse :

Nathalie VAST
CEA - DRF/IRAMIS/LSI

01 69 33 45 51

Page perso : http://nathalie-vast.fr

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/research/theorie-de-la-science-des-materiaux

Voir aussi : https://portail.polytechnique.edu/lsi/en/research/materials-science-theory

La communauté internationale est engagée dans l’élaboration de la politique de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES), en particulier de dioxyde de carbone (CO2), afin de réduire les risques associés au réchauffement climatique. Par conséquent, il est très important de trouver des processus à faible coût pour dissocier puis capturer le dioxyde de carbone (CO2), ainsi que de développer des capteurs à faible puissance et haute performance adaptés à la surveillance des réductions de GES. Une méthode courante et existante pour détecter la concentration de gaz est obtenue en utilisant des surfaces d’oxydes métalliques semi-conducteurs (MOS) comme SnO2, ZnO et TiO2. En outre, une voie pour réaliser la dissociation de CO2 est la décomposition catalytique assistée par plasma. Cependant, les défauts de surface, et en particulier les lacunes en oxygène et les charges qui y sont piégées, jouent un rôle important dans la (photo)réactivité du MOS. La façon dont les propriétés optiques des surfaces sont modifiées par de tels défauts n’est pas complètement comprise, ni l’effet supplémentaire de la présence du gaz. Dans certains modèles, l’importance du transfert de charge est également soulignée.

Dans ce travail de doctorat, des méthodes théoriques seront utilisées pour modéliser la surface avec des défauts et prédire les propriétés optiques. L’objectif est triple : Appliquer les cadres théoriques développés à LSI pour l’étude des défauts afin de prédire les états de charge de défaut en vrac; Étudier l’effet de la surface sur la stabilité du défaut; Étudier les propriétés optiques de masse et de surface, et découvrir les empreintes spectroscopiques de l’absorption moléculaire et de la dissociation près de la surface. Les matériaux et les gaz considérés sont des oxydes comme l’oxyde de titane, qui finissent par se déposer sur une couche d’or et du dioxyde de carbone. La méthode théorique sera la méthode de la théorie des perturbations fonctionnelles de la densité dépendante du temps (TDDFPT) développée à LSI en collaboration avec SISSA, Trieste (Italie).

Ref.: I. Timrov, N. Vast, R. Gebauer, S. Baroni, Computer Physics Communications 196, 460 (2015).
Fonctionnalité multi-niveau dans les couches minces ferroélectriques à base de HfO2 pour des applications de logique et de mémoire à l’edge

SL-DRF-24-0639

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 :

NiCK BARRETT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

NiCK BARRETT
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Directeur de thèse :

NiCK BARRETT
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/87/nick.barrett.html

Labo : https://www.lensislab.com/

Voir aussi : https://www.lensislab.com/projects

La transition numérique vers une économie plus attractive et plus soutenable s’appuie sur la recherche sur les technologies digitales du futur.

Grâce à sa non-volatilité, sa compatibilité CMOS et à son potentiel de mise à l’échelle et d’intégration 3D, les technologies émergentes de mémoires et de logique basées ferroélectricité dans le HfO2 constituent une révolution d’un point de vue applicatif. Par exemple, par rapport aux technologies Flash, résistive ou changement de phase, les mémoires ferroélectriques sont intrinsèquement de basse consommation d’énergie.

Le dispositif au cœur du projet est le FeFET-2 qui consiste en un condensateur ferroélectrique en série avec la grille d’un transistor CMOS. Ces dispositifs combinent d’excellentes métriques d’endurance, consommation d’énergie, rétention et la plasticité d’une réponse quasi-analogue.

Le travail de thèse utilisera les techniques de caractérisation avancée, notamment la spectroscopie et la microscopie en photoémission pour établir les liens entre les propriétés des matériaux et les performances électriques de FeCAPs.

Des expériences operando en fonction du nombre de cycles et de tensions électriques appliquées et duration des pulses permettront d’explorer les corrélations entre la cinétique de l’évolution des propriétés matérielles et la réponse électrique des dispositifs.
Le travail de thèse se déroulera en étroite collaboration avec NaMLab (Dresde) et CEA-LETI (Grenoble).
Modélisation de défauts ponctuels pour des applications quantiques: inclusion de l’interaction électron-réseau et de la proximité de la surface

SL-DRF-24-0570

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 : 01-10-2024

Contact :

Nathalie VAST
CEA - DRF/IRAMIS/LSI

01 69 33 45 51

Directeur de thèse :

Nathalie VAST
CEA - DRF/IRAMIS/LSI

01 69 33 45 51

Page perso : http://nathalie-vast.fr

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/research/theorie-de-la-science-des-materiaux

Voir aussi : https://portail.polytechnique.edu/lsi/en/research/materials-science-theory

L’essor des applications à température ambiante - magnétométrie à l’échelle nanométrique, thermométrie, émission de photons uniques, mise en œuvre de qubits - du centre lacune de carbone-atome d’azote (NV) chargé négativement dans le diamant a suscité un intérêt renouvelé dans la recherche, avec des méthodes théoriques, d’autres défauts ponctuels (dans le diamant ou dans d’autres matériaux) ayant des propriétés importantes pour une application quantique, par exemple possédant une photoluminescence brillante et un long temps de cohérence de l’état fondamental de spin.

Cependant, le fait que la structure atomique locale de l’état fondamental du défaut ou des états excités soit difficilement accessible avec des techniques expérimentales directes empêche une compréhension immédiate de la stabilité thermodynamique des états de charge de défaut dans le matériau en volume, et de la propriété quantique attendue. Cela rend le contrôle à la demande de l’état de charge de défaut difficile, un problème encore plus complexe près de la surface, car la courbure des bandes électroniques induit une modification superficielle de l’état de charge ainsi que des états de surface de défauts propres à la surface.

Dans ce travail de doctorat, des méthodes théoriques seront utilisées pour prédire les états de charge de défaut et explorer l’effet de la proximité de la surface sur la stabilité thermodynamique et sur la structure de spin. L’objectif est triple : appliquer le cadre théorique développé au LSI et prédire les états de charge de défaut dans le matériau en volume; étudier les changements de l’état de charge apportés par la proximité de la surface; étendre le modèle de Hubbard utilisé pour calculer les états excités et tenir compte de l’interaction électron-réseau afin de calculer la ligne zéro-phonon également pour les états excités qui ne peuvent pas être prédits par la DFT seulement. Les matériaux considérés sont les carbures -diamant et carbure de silicium- et les borures- bore élémentaires ou composés riche en bore. La méthode théorique s’appuiera sur le modèle de Hubbard développé à LSI en collaboration avec IMPMC, et les calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT).
Nouveaux films minces multiferroïques artificiels hybrides à base d’oxynitrures

SL-DRF-24-0474

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 : 01-10-2024

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 : https://iramis.cea.fr/Pisp/137/antoine.barbier.html

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

Les oxydes dopés N et/ou les oxynitrures constituent une classe de composés nouveaux et en plein essor présentant une large gamme de propriétés utilisables, en particulier pour les nouvelles technologies de production d'énergie décarbonnée ainsi que pour des capteurs multifonctionnels. Dans ce domaine de recherche, la recherche de nouveaux matériaux est particulièrement souhaitable en raison des propriétés peu satisfaisantes des matériaux actuels. L'insertion d'azote dans le réseau cristallin d'un oxyde semiconducteur permet en principe de moduler sa structure électronique et ses propriétés de transport pour obtenir de nouvelles fonctionnalités. La production de films minces monocristallins correspondants, est un défi important. Dans ce travail de thèse, des films d’oxynitrures monocristallins seront élaborés par épitaxie par jets moléculaires assistée de plasma atomique. L’hétérostructure multiferroïque combinera deux couches enrichies en azote : une couche ferroélectrique de BaTiO3 dopée N ainsi qu'une ferrite fortement dopée ferrimagnétique dont les propriétés magnétiques pourront être modulées grâce au dopage N pour obtenir de nouveaux matériaux multiferroique artificiels plus satisfaisants pour les applications. Les structures résultantes seront étudiées quant à leurs caractéristiques ferroélectriques et magnétiques ainsi que leurs couplages magnétoélectriques en fonction du dopage N. Ces observations seront corrélées à une compréhension détaillée des structures cristallines et électroniques.

Le (la) candidate abordera l’ensemble des techniques d’ultra-vide, la croissance par épitaxie par jets moléculaires, des mesures ferroélectriques et de magnétométrie, ainsi qu’un large panel de méthodes de caractérisations basées sur l’exploitation des centres rayonnement synchrotron les plus avancés.
Résonateurs TeraHertz à plasmons de surface

SL-DRF-24-0344

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

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Yannis Laplace

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Yannis Laplace
Ecole Polytechnique - Laboratoire des Solides Irradiés LSI - UMR 7642

0169334512

Directeur de thèse :

Yannis Laplace
Ecole Polytechnique - Laboratoire des Solides Irradiés LSI - UMR 7642

0169334512

Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/laplace-yannis

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/recherche/nouveaux-etats-electroniques/terax-lab

Voir aussi : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/recherche/nouveaux-etats-electroniques/

Le développement scientifique et technologique de la gamme Terahertz (THz), un domaine du spectre électromagnétique situé à l’interface entre les micro-ondes et la photonique infrarouge, est plus que jamais d’actualité et l’objet d’intenses recherches récemment. Nous avons récemment développé des cavités TeraHertz fonctionnant à partir d’un mécanisme plasmonique basé sur les plasmons de surface d’un semiconducteur dopé. Nous avons démontré la propriété remarquable de ces résonateurs de pouvoir confiner les photons TeraHertz dans des volumes records de l’ordre de 10-7 fois plus petit que la limite de diffraction. Ce méchanisme plasmonique permet par ailleurs la fonctionnalisation et l’accordabilité des cavités grâce à des paramètres extérieurs comme le champ electrique, magnétique ou la température, entre autres. Le but de cette thèse sera de développer des cavités plasmoniques THz et d’étudier en particulier leur comportement nonlinéaire lorsque soumises à des impulsions THz intenses. On cherchera notamment à réaliser de la conversion de fréquences TeraHertz grace à la nonlinéarité des cavités plasmoniques étudiées.
Transport de chaleur dans les états non-abeliens de l'effet Hall quantique dans le graphène

SL-DRF-24-0305

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Groupe Nano-Electronique (GNE)

Saclay

Contact :

François PARMENTIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

François PARMENTIER
CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/GNE

+33169087311

Directeur de thèse :

François PARMENTIER
CNRS - DRF/IRAMIS/SPEC/GNE

+33169087311

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

Labo : https://iramis.cea.fr/SPEC/GNE/

Voir aussi : https://nanoelectronicsgroup.com

Les états à dénominateur pair de l'effet Hall quantique fractionnaire (par exemple ’’=5/2) devraient héberger des excitations qui ont des statistiques anyoniques non abéliennes, ce qui en fait des candidats prometteurs pour la réalisation d'un processeur quantique topologique [1]. Bien que la démonstration de ces statistiques non abéliennes ait longtemps été une entreprise extrêmement difficile, des expériences récentes dans des hétérostructures semi-conductrices GaAs ont montré que la conductance thermique de bord de l'état ’’=’’/’’ est quantifiée dans des valeurs demi-entières du quantum de conductance thermique [2,3]. Cette quantification en demi-entier est connue pour être une signature universelle des statistiques non-abéliennes, y compris des fermions de Majorana [4]. Cependant, de nombreux candidats présumés pour l'état fondamental de ’’=5/2 ont des structures de bord complexes présentant des modes neutres contre-propagateurs, qui peuvent modifier la conductance thermique de bord et leur donner des valeurs non entières similaires à celles d'un bord non abélien. Une expérience très récente [3] a contourné le problème en trouvant un moyen de séparer les contributions des différents canaux au bord, confirmant l'existence d'un canal non abélien avec une conductance électrique et thermique quantifiée demi-entière. La prochaine question évidente est de savoir si ce résultat est vraiment universel : est-il valable pour différents matériaux et différents états de dénominateur pair ’

Dans ce projet, nous proposons de répondre à ces questions en effectuant des mesures de transport de chaleur dans des états de Hall quantiques fractionnaires dans le graphène bicouche. Il a récemment été démontré que le graphène bicouche empilé par Bernal hébergeait une grande variété d'états de Hall quantiques fractionnaires robustes à dénominateur pair [5-8], à la fois semblables à des trous et à des électrons. Il s'agit d'un excellent banc d'essai pour l'étude de la conductance thermique, car ces fractions devraient être décrites par différents états fondamentaux (éventuellement non abéliens) ; en outre, la possibilité d'appliquer des champs de déplacement électrique permet un degré de contrôle supplémentaire sur les états à dénominateur pair, qui peuvent être étudiés par transport de chaleur.

Ce projet expérimental est basé sur le transport thermique à très basses températures et à champs magnétiques élevés [9], basé sur des mesures électriques très sensibles. Nous recherchons des candidats très motivés et intéressés par tous les aspects du projet, tant expérimentaux (fabrication d'échantillons, mesures à faible bruit, cryogénie) que théoriques.

[1] Nayak, et al., RMP 80, 1083 (2008) [2] Banerjee, et al., Nature 559, 205 (2018)
[3] Dutta, et al., Science 377, 1198 (2022) [4] Kasahara, et al., Nature 559, 227 (2018)
[5] Ki, et al., Nano Letters 14, 2135 (2014) [6] Li, et al., Science 358, 648 (2017)
[7] Zibrov, et al., Nature 549, 360 (2017) [8] Huang, et al., PRX 12, 031019 (2022)
[9] Le Breton, …, & Parmentier, PRL 129, 116803 (2022)
Concepts innovants pour l’accélération de particules et l’émission de rayonnement dans l’interaction laser – plasma surdense à ultra-haute intensité

SL-DRF-24-0638

Domaine de recherche : Physique théorique
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 : 01-10-2024

Contact :

Michèle RAYNAUD
CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI


Directeur de thèse :

Michèle RAYNAUD
CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI


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

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/research/la-recherche-au-lsi

Le travail de thèse proposé vise à explorer théoriquement et numériquement la génération de faisceaux de particules rapides par l'interaction d'impulsions laser ultra-relativistes (supérieure à 10^21 W/cm2) sur des solides denses, en utilisant des cibles structurées ou façonnées. Les caractéristiques de surface induisent des modes électromagnétiques locaux plus intenses que le champ laser. Il sera ainsi étudié les effets non linéaires et relativistes, qui jouent un rôle majeur à ces emplacements particuliers.

Sur la base des travaux déjà réalisés, le nouveau schéma d'accélération des particules sera étendu au régime ultra-relativiste de l'interaction avec le plasma laser. Il pourrait conduire à des sources de lumière et d'électrons synchronisées ultra-courtes révolutionnaires, avec des applications dans l'étude des processus électroniques ultrarapides. Dans ce contexte, cette étude théorique et numérique permettra de suggérer de nouveaux schémas expérimentaux réalisables sur l'installation Apollon et les lasers multi-PW.
Influence du TEL dans la réponse biologique aux irradiations FLASH

SL-DRF-24-0262

Domaine de recherche : Radiobiologie
Laboratoire d'accueil :

Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP)

Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP)

Saclay

Contact :

François CHEVALIER

Gérard BALDACCHINO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

François CHEVALIER
CEA - DRF/IRAMIS/CIMAP

02 31 45 45 64

Directeur de thèse :

Gérard BALDACCHINO
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL

01 69 08 57 02

Page perso : https://cimap.ensicaen.fr/spip.php?article206

Labo : https://cimap.ensicaen.fr/spip.php?rubrique113

Des études récentes avec des faisceaux d'électrons et de protons ont montré que l’irradiation à des débits de dose supérieurs à 40 Gy/s peut être aussi efficace pour inhiber la croissance tumorale que l'irradiation à la dose conventionnelle actuellement utilisée (typiquement 1 Gy/min) mais beaucoup moins toxique pour les tissus sains. Ce phénomène est connu sous le nom « d'effet FLASH ». Cet effet est considéré comme l'une des découvertes les plus importantes de l'histoire récente de la radiobiologie en raison de son potentiel d'amélioration de la fenêtre thérapeutique entre le contrôle tumoral et la toxicité tissulaire normale. Des études récentes montrent que les mécanismes biologiques de l’effet FLASH sont liés à l’oxygénation différentielle des tissus. Cependant, les mécanismes exacts des effets biologiques cellulaires des irradiations FLASH ne sont pas complètement clairs et certains sont même contradictoires.

L’objectif de ce projet est une caractérisation moléculaire de l’effet FLASH sur un système modèle parfaitement maîtrisé in vitro. Les irradiations FLASH de cellules cancéreuses et de cellules saines seront comparées à des irradiations à débit de dose conventionnel en utilisant des électrons et des ions carbones dans les deux laboratoires associés. L’effet différentiel sera rapporté au condition d’oxygénation des cellules, au métabolisme REDOX / mitochondrial et aux modifications générales du métabolisme cellulaire.
Création d’un jumeau numérique du procédé de Spray Pyrolyse en Flamme

SL-DRF-24-0402

Domaine de recherche : Simulation numérique
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Yann LECONTE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

Directeur de thèse :

Yann LECONTE
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

0169086496

Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=leconte

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/leel/

Notre capacité à fabriquer des nanoparticules (NP) d'oxyde métallique avec une composition, une morphologie et des propriétés bien définies est une clé pour accéder à de nouveaux matériaux qui peuvent avoir un impact technologique révolutionnaire, par exemple pour la photocatalyse ou le stockage d'énergie. Parmi les différentes technologies de production, les systèmes de Spray Pyrolyse en Flamme (SPF) constituent une option prometteuse pour la synthèse industrielle de NP. Cette voie de synthèse repose sur l'évaporation rapide d'une solution - solvant plus précurseurs - atomisée sous forme de gouttelettes dans une flamme pilote pour obtenir des nanoparticules. Malheureusement, la maitrise du procède de synthèse SPF est aujourd’hui limitée à cause d’une trop grande variabilité de conditions opératoires à explorer pour la multitude de nanoparticules cibles. Dans ce contexte, l'objectif de ce sujet de thèse est de développer le cadre expérimental et numérique nécessaire au déploiement futur de l’intelligence artificielle pour la maitrise des systèmes SPF. Pour ce faire, les différents phénomènes prenant place dans les flammes de synthèse au cours de la formation des nanoparticules seront simulés, notamment au moyen de calculs de dynamique des fluides. Au final, la création d’un jumeau numérique du procédé est attendue, qui permettra de disposer d’une approche prédictive pour le choix des paramètres de synthèse à utiliser pour aboutir au matériau souhaité, ce qui diminuera drastiquement le nombre d’expériences à réaliser et le temps de mise au point de nouvelles nuances de matériaux.
Analyse in situ par spectroscopie RMN MAS de batteries Li-ion

SL-DRF-24-0325

Domaine de recherche : Stockage électrochimique d’énergie dont les batteries pour la transition énergétique
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE)

Laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL)

Saclay

Contact :

Magali GAUTHIER

Alan WONG

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Magali GAUTHIER
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL

01 69 08 45 30

Directeur de thèse :

Alan WONG
CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM


Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/magali.gauthier/

Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/LEEL/

La résonance magnétique nucléaire à l'état solide (ssNMR) in situ est un outil de caractérisation précieux pour comprendre les réactions électrochimiques lors du fonctionnement d'une batterie. Cependant, les larges signaux obtenus en condition statique empêchent souvent d'exploiter totalement le potentiel de la caractérisation par RMN. Des expériences ssNMR ex situ, utilisant la rotation d'échantillon à angle magique (MAS), sont souvent nécessaires pour interpréter les données in situ. Comme pour toutes les caractérisations ex situ, les analyses ne représentent pas toujours fidèlement les processus électrochimiques en raison d'artefacts indésirables provenant du démontage de la cellule et de la séparation des électrodes. Par conséquent, le développement de la RMN in situ a été limité. Dans cette thèse l’étudiant s'attaquera à cette limitation en développant une cellule électrochimique RMN in situ permettant l'acquisition de données ssNMR à haute résolution avec la technique MAS, et permettant également une nouvelle méthode de spectroscopie ssNMR résolue dans l'espace. La combinaison de mesures in situ, de la technique MAS et de la spectroscopie localisée permettra de disposer d'un outil RMN unique pour approfondir les connaissances fondamentales de la chimie des batteries. Le doctorant mettra en évidence les atouts de l’outil développé en étudiant des phénomènes tels que les interfaces et la formation de dendrites dans des batteries Li-ion en fonctionnement.
Développement de lits granulaires denses et fluidisés dans des canaux microfluidiques pour des applications dans la santé

SL-DRF-24-0399

Domaine de recherche : Technologies pour la santé et l’environnement, dispositifs médicaux
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 :

Florent Malloggi

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Florent Malloggi
CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS

+3316908 6328

Directeur de thèse :

Florent Malloggi
CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS

+3316908 6328

Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/florent.malloggi/

Labo : https://iramis.cea.fr/en/Pisp/lions/

Le problème de santé publique majeure qu'est la septicémie nécessite des technologies en rupture pour poser un diagnostic ultra-rapide. Les lits granulaires denses et fluidisés sont des systèmes idéaux pour les processus d'échange liquide-solide ou gaz/solide. Ils sont largement utilisés dans l'industrie en raison de leur rapport surface/volume élevé. Au cours de cette dernière décennie, la microfluidique associée aux laboratoires sur puce a permis de faire de nombreuse avancées notamment dans le cas de la préparation d'échantillon biologique. Nous proposons de développer une plateforme microfluidique polyvente qui permettra de créer de tels lits denses et fluidisés. Nous travaillerons dans un premier temps sur l’incorporation de membranes dans les microcanaux en nous appuyant sur le savoir-faire breveté et développé au laboratoire. Ensuite nous étudierons et caractériserons les lits granulaires pour finalement les tester sur la détection de bactéries dans des échantillons biologiques. Ce travail se fera en collaboration avec nos partenaires physiciens du LEDNA et biologistes du LERI du CEA Saclay.

 

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