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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

7 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour :


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• Interactions rayonnement-matière

 

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.
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.
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.

 

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