| Centre
Paris-Saclay
| | | | | | | webmail : intra-extra| Accès VPN| Accès IST | English
Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

7 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour :


««

• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

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.

 

Retour en haut