UMR 7642 Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)
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Le Laboratoire des Solides Irradiés (LSI) est une unité mixte de recherche depuis 2000 du CEA, du CNRS et de l'École Polytechnique. Il est implanté sur le site de l’École (Campus de Palaiseau).

Le laboratoire conduit des activités de recherche fondamentale de physique et physico-chimie des matériaux.

Sa mission est l'étude des propriétés fondamentales de l’état solide et de ses interactions avec le rayonnement électronique, ionique et photonique. Le rayonnement, quelle que soit sa nature, est utilisé comme moyen d'analyse des processus fondamentaux, mais peut aussi par exemple induire des modifications structurales. Il s'agit avant tout de comprendre les propriétés physiques, les fonctionnalités, la structure et la forme des matériaux, d'en contrôler les modifications et de piloter l’émergence de dispositifs innovants susceptibles de répondre aux enjeux sociétaux pour l'énergie et l'environnement.

Pour y parvenir, le laboratoire a développé des activités pluridisciplinaires adossées à de nombreuses techniques d'analyses complémentaires ainsi que des approches théoriques et numériques. Les activités scientifiques menées s’organisent autour de 3 grandes thématiques :

Site Internet du LSI (Ecole Polytechnique).

 
#5 - Màj : 03/10/2022
Thèmes de recherche

Structure électronique et modélisation atomistique

Plusieurs équipes de l'IRAMIS sont impliqués dans les calculs de structure électronique (ab-initio, liaisons-fortes, Hückel etc..) et plus généralement dans la modélisation de la matière à l'échelle atomique, ce qui inclut également l'utilisation de méthodes plus phénoménologiques (potentiels empiriques, Hamiltoniens modèles, etc..

Structure électronique et modélisation atomistique
Groupes de recherche / Laboratoires
L’activité scientifique du groupe "Défauts, désordre et structuration de la matière" du LSI est centrée sur l’étude des effets d’irradiation électronique dans différentes classes de matériaux, à différentes échelles : composés à électrons fortement corrélés, semi-conducteurs pour électronique de puissance ou production de cellules solaires pour applications spatiales, verres (applications optiques, dosimétrie…), nouvelles matrices cimentaires pour le conditionnement des déchets nucléaires et composés modèles lamellaires hydratés.
Défauts, désordre et structuration de la matière
Equipe PCN
Le groupe "Physique et Chimie des Nano-Objets  - PCnano" développe et étudie des matériaux aux propriétés émergentes/multifonction-nelles présentant généralement une dimension nanométrique apportant une exaltation des propriétés physiques initiales.
L'activité du groupe "Nouveaux états électroniques" concerne les nouveaux supraconducteurs, les isolants topologiques, les nanofils synthétisés par électrodéposition dans une membrane nanoporeuse, les capteurs Hall et les capteurs électrochimiques.
Nouveaux états électroniques
Spectroscopie théorique
Le groupe de Spectroscopie Théorique du LSI est composé de 5 chercheurs permanents (CNRS et Ecole polytechnique) et un ingénieur systèmes (CNRS), et environ douze étudiants en thèse et post-docs. Visitez notre site web officiel. Le groupe s'intéresse à la théorie fondamentale de la matière condensée et en particulier à la structure électronique.
L'activité de recherche fondamentale du groupe "Théorie de la Science des Matériaux - TSM" concerne principalement la modélisation ab initio (basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité - DFT) des matériaux pour en étudier les propriétés physiques et inclut : Les matériaux pour l’énergie : vers un traitement ab initio de la thermoélectricité La conception de matériaux à tenue mécanique renforcée La plasmonique à l’échelle quantique L’interaction de l'équipe avec son environnement est de trois ordres : économique, par nos contacts avec un industriel ; culturel, par une activité de développement de l'histoire des sciences des matériaux ; sociale, par notre engagement dans la promotion des carrières scientifiques chez les jeunes.
Théorie de la Science des Matériaux - TSM
Domaines Techniques
L'Iramis dispose de plusieurs outils d'irradiation ouvert à la communauté scientifique et aux besoins de caractérisation pour la recherche ou la R&D en milieu industriel : Les lignes d'irradiation aux ions lourds au sein du CIRIL, implantées au GANIL à Caen, du Centre de Recherche sur les Ions, les matériaux et la photonique - CIMAP, L'accélérateur d'électrons de l'installation SIRIUS du Laboratoire des Solides irradiés - LSI, sur le campus de l'Ecole Polytechnique, L'irradiation par le faisceau de la microsonde nucléaire du LEEL.

Irradiation par des ions lourds (CIMAP)

Irradiation
Faits marquants scientifiques
10 juin 2024
Une découverte surprenante a permis d'identifier pour la première fois de la supraconductivité non-conventionnelle dans des cristaux d'un minéral naturel : la miassite Rh17S15. Ceci montre que la supraconductivité "non-conventionnelle" n'a rien d'intrinsèquement "artificielle".
26 avril 2024
Une étude menée par une équipe du LSI (UMR CEA-CNRS), en collaboration avec France Ciment, porte sur la recherche de nouveaux composés de substitution pour le ciment Portland, pouvant permettre de réduire l'émission de CO2 lors de son élaboration.
15 novembre 2023
En optique la diffraction impose une limite physique sur la taille des objets que l'on peut observer.de l'ordre de la longueur d'onde. Ainsi, à une fréquence de 1 THz, dans le domaine intermédiaire entre l'infra-rouge et les microondes, correspond une longueur d'onde de 0.3 mm.
13 décembre 2022
Dans un supraconducteur, le mode de Higgs, analogue du boson de Higgs du modèle standard, est une excitation collective des électrons supraconducteurs appariés en paires de Cooper. Son étude permet une meilleure compréhension de la supraconductivité, mais celui-ci reste cependant difficile à observer, car il ne se couple pas linéairement aux sondes spectroscopiques.
19 juin 2022
L'oxyde de gallium (Ga2O3) est un oxyde transparent à grand gap (4.8 eV). Dopé avec des atomes de terre rare (néodyme, Europium…) ses propriétés de photoluminescence le rendent attractif pour la réalisation de dispositifs optoélectroniques.
25 février 2022
Se propageant sur de longues distances à la vitesse de la lumière, les photons peuvent être un bon vecteur de transmission d'une information portée localement par des spins électroniques, à condition de savoir convertir l'état de spin local vers un état de polarisation de la lumière et réciproquement.
07 novembre 2021
La rencontre entre impression 3D et matériaux "intelligents" permet aujourd'hui le développement d’un nouveau champ de recherche : l’impression 4D, qui explore la possibilité d’imprimer des objets dynamiques qui évoluent dans le temps (la 4ème dimension) par interaction avec leur environnement ou sous l'effet de stimuli externes.
26 juillet 2021
Une impulsion laser de très haute intensité en interaction avec la matière permet de générer un plasma et des particules chargées relativistes de haute énergie. Le champ électrique de l'impulsion est cependant par nature oscillant, et des conditions d'interaction bien spécifiques sont nécessaires pour obtenir une accélération efficace des particules.
03 avril 2021
Il est surprenant que parmi les matériaux possédant la conductivité électrique la plus élevée on trouve les oxydes de la famille des delafossites : PtCoO2, PdCoO2, et PtCrO2. Leur structure lamellaire consiste en des couches métalliques triangulaires (Pt,Pd) confinées entre des couches isolantes formées par des octaèdres CoO2/CrO2.
21 décembre 2020
Les spectres de photoémission reflètent la structure électronique des matériaux. Du fait même de la méthode, le système observé n'est plus dans son état fondamental mais présente des excitations de quasi-particules (paires électron-trou), ainsi que des effets à plusieurs corps qui ne peuvent être compris simplement comme l’excitation de particules renormalisée.
20 octobre 2020
Les poudres de ciments, ingrédients de base des mortiers et bétons, sont composés d’un grand nombre de minéraux de structures très variées.
06 octobre 2020
La compréhension de la façon dont les spins s'orientent et peuvent être manipulés aux échelles très rapide, pico et femtoseconde, a des implications pour les applications de traitement et de stockage des données ultra-rapides et à faible consommation d'énergie.
28 avril 2020
Le phosphore noir (Black phosphorus : BP) est constitué d'un empilement de couches monoatomiques de phosphore, liées entre elles uniquement par des forces de Van der Waals.
07 novembre 2019
Une technique sur site simple et rapide est nécessaire pour les analyses des eaux de lixiviation issues de sols pollués par des métaux lourds (collaboration avec VINCI Construction) ou celles de rejets d’eau de mer pouvant contenir des hydrocarbures (collaboration avec TOTAL). La méthode employée doit être fiable et ultrasensible, pour satisfaire au respect des normes européennes.
20 mai 2019
Divers procédés chimiques permettent de fonctionnaliser des nanoparticules, en particulier via le greffage de polymères.
25 mars 2019
La silice ou dioxyde silicium (SiO2) est un des constituants principaux (60 %) de l'écorce terrestre sous forme de sable ou de roche. Matériau transparent dans le visible, elle est très utilisée pour les composants en optique (lentilles, prismes, fibres optiques…). Les polymorphes de la silice sont nombreux : sa structure peut varier de la plus compacte sous forme cristallisée, i.
17 avril 2018
Au cours de la mission "Jupiter Icy Moons Explorer" (JUICE 2022-2033) de l’agence spatiale Européenne (ESA), destinée à l'exploration des lunes glacées de Jupiter, des panneaux solaires assureront 100 % des apports énergétiques de la sonde.
10 novembre 2017
La filière nucléaire produit des déchets nucléaires de natures très variées qui sont aujourd'hui entreposés dans des sites sécurisés.
21 juin 2017
Le graphène est un matériau carbonné bidimensionnel aux propriétés structurales, électroniques et de conduction thermique originales que l'on cherche à exploiter. Au-delà de la simple utilisation de feuillets de graphène (pour l'électronique haute fréquence, ou en tant qu'anode d'accumulateurs...
13 mars 2017
Dans une cellule photovoltaïque, l'absorption de la lumière excite les électrons à assez haute énergie, de l’ordre d’un électronvolt au-dessus du bas de la bande de conduction d’un semiconducteur. La relaxation de ces "porteurs chauds" est le principal phénomène limitant les performances de ces cellules, ainsi que de nombreux autres capteurs photo-électroniques.
01 mars 2017
La découverte de la supraconductivité a plus de 100 ans, et la théorie BCS, décrivant le phénomène sous une forme conventionnelle, a 60 ans cette année. Aujourd'hui, le mécanisme au cœur de la supraconductivité à haute température (non BCS), découverte il y a plus de 30 ans, reste à identifier.
10 octobre 2016
Parmi les enjeux importants d'une bonne maitrise de la conductivité thermique des matériaux, on peut citer : la réduction de l’échauffement des circuits électroniques, ou, dans le domaine des sources d'énergies alternatives, la thermoélectricité, procédé qui permet de récupérer sous forme électrique, la chaleur traversant un matériau.
07 juillet 2016
Du fait de leur propriété émissive, les fibres actives dopées par des éléments "terre rare" sont aujourd'hui de plus en plus utilisées pour la réalisation de lasers à fibre.
21 février 2016
Les recherches sur les propriétés optiques des objets nanométriques de métaux nobles sont aujourd'hui très actives. En effet, si leur taille est très inférieure aux longueurs d'onde de la lumière visible, leurs électrons développent des oscillations à la fréquence de la lumière (modes plasmons).
16 novembre 2015
Les excitons sont des excitations élémentaires collectives de basse énergie de la matière solide, impliquant la création de paires électron-trou. Ces excitations sont au cœur de l'interaction lumière-matière et à l'origine de phénomènes aussi divers que les processus photovoltaïques ou photo-catalytiques.
03 octobre 2015
Les plasmons sont des oscillations collectives électroniques qui peuvent être excitées avec des photons le long d'une interface, par exemple entre une surface solide et le vide. L'onde électromagnétique et les charges oscillent à la même fréquence, mais leurs longueurs d'onde sont différentes.
02 septembre 2015
Les nouvelles technologies permettant de stocker ou transmettre de l'information sont en plein essor.
08 mars 2015
Une nouvelle famille de matériaux supraconducteurs à haute température a été découverte en 2009 avec de nouveaux composés dénommés pnictures [1], à base de fer.
17 janvier 2015
Le carbure de bore à 20% - B4C - est une céramique très dure, très utilisée pour les outils de découpe ou le blindage.
30 août 2014
La maitrise du vieillissement des cellules photovoltaïques à base de semi-conducteurs est un enjeu important du fait de leur coût. Pour les missions spatiales lointaines, l'enjeu est encore plus important puisque c'est de la fiabilité et de la robustesse des performances de cette source d'énergie embarquée que dépend le succès de la mission.
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Thèses
9 sujets IRAMIS/LSI

Dernière mise à jour :


 

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
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)

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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.
Dosimétrie radiologique des accidents de grande échelle : utilisation de la spectroscopie RPE pour le tri de la population par la mesure d'écrans de smartphones.

SL-DRF-24-0934

Domaine de recherche : Matériaux et applications
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

François Trompier

Nadege OLLIER

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

François Trompier
IRSN -


Directeur de thèse :

Nadege OLLIER
CEA - DRF/IRAMIS

01 69 33 45 18

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

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

Lors d’une urgence radiologique de grande ampleur impliquant des sources d’irradiation externe, il est nécessaire de disposer de méthodes permettant d’identifier, parmi la population, les personnes ayant été exposées et nécessitant une prise en charge prioritaire.A ce jour, il n’existe pas de méthodes opérationnelles permettant un tel tri. Les verres des écrans tactiles des smartphones gardent en« mémoire » la trace d’une irradiation aux rayonnements ionisants par le biais de la formation de défauts dits « radio-induits ». La mesure et la quantification de ces défauts ponctuels, notamment par spectroscopie à résonance paramagnétique électronique (RPE),permet d’estimer la dose déposée dans le verre et donc d’estimer l’exposition associée à l’irradiation. Le travail de thèse proposé ici s’intéresse notamment aux verres alkali-aluminosilicates utilisés dans les écrans tactiles des téléphones portables qui sont à ce jour les meilleurs candidats pour développer de nouvelles capacités de mesure dans le contexte de l’accident impliquant un grand nombre de victimes.

Nous nous concentrerons en particulier sur l'identification des défauts ponctuels en fonction du modèle de verre utilisé dans les smartphone par simulation des spectres RPE afin d'optimiser la méthode proposée de dosimétrie.
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).
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)

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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).
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.
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.
Stages
Images
Equipe PCN \
Spectroscopie théorique
Nouveaux états électroniques
Membranes poreuses
Irradiation par des ions lourds  (CIMAP)
Génération de seconde harmonique dans les semiconducteurs : premiers calculs en TD-DFT
Génération de seconde harmonique dans les semiconducteurs : premiers calculs en TD-DFT
Nano-structuration et réduction de la distribution en taille de particules colloïdales métalliques par irradiation
Nano-structuration et réduction de la distribution en taille de particules colloïdales métalliques par irradiation
Nano-structuration et réduction de la distribution en taille de particules colloïdales métalliques par irradiation
Nano-structuration et réduction de la distribution en taille de particules colloïdales métalliques par irradiation
Nouvelles membranes conductrices de protons \'biomimétiques\' pour piles à combustible \'PEMFC\'
Nouvelles membranes conductrices de protons \'biomimétiques\' pour piles à combustible \'PEMFC\'
Nouvelles membranes conductrices de protons \'biomimétiques\' pour piles à combustible \'PEMFC\'
Nouvelles membranes conductrices de protons \'biomimétiques\' pour piles à combustible \'PEMFC\'
Nouvelles membranes conductrices de protons \'biomimétiques\' pour piles à combustible \'PEMFC\'
UMR 7642 Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)
Une production record de positronium, étape vers l\'étude de la pesanteur de l\'antimatière
Une production record de positronium, étape vers l\'étude de la pesanteur de l\'antimatière
Une production record de positronium, étape vers l\'étude de la pesanteur de l\'antimatière
Une production record de positronium, étape vers l\'étude de la pesanteur de l\'antimatière
Une production record de positronium, étape vers l\'étude de la pesanteur de l\'antimatière
Une production record de positronium, étape vers l\'étude de la pesanteur de l\'antimatière
Structure électronique et modélisation atomistique
Structure électronique et modélisation atomistique
Rôle des défauts structuraux sur la magnétorésistance de nanoconstrictions magnétique
Rôle des défauts structuraux sur la magnétorésistance de nanoconstrictions magnétique
Cristaux scintillateurs : trop de photons tuent le photon !
Cristaux scintillateurs : trop de photons tuent le photon !
Cristaux scintillateurs : trop de photons tuent le photon !
Cristaux scintillateurs : trop de photons tuent le photon !
Cristaux scintillateurs : trop de photons tuent le photon !
Allier tenue mécanique et supraconductivité pour les carbures de bore
Allier tenue mécanique et supraconductivité pour les carbures de bore
Brevet: \'Procédé et dispositif utilisant une membrane nanoporeuse pour détecter et quantifier des métaux lourds dans un fluide par voltamétrie par strippage anodique\'
Brevet : Biopuces pour la détection de l\'activité enzymatique d\'une enzyme protéase
Brevet: Cyclopeptides utilisables en tant qu\'inhibiteurs d\'enzymes protéases du type MMP
Brevet: Peptides cycliques fluorescents, procèdes de préparation de ceux-ci et utilisation de ces peptides pour mesurer l\'activité enzymatique d\'une enzyme protéase
Origine de l\'efficacité des cellules photovoltaïques en couche mince CuIn(S,Se)2
Origine de l\'efficacité des cellules photovoltaïques en couche mince CuIn(S,Se)2
Brevet : Dispositif et procédé de détection de contrainte mécanique, procédé de fabrication d\'un tel dispositif, et calibration.  Device and method for detecting mechanical stress, method for making such device and calibration
Brevet: Nanovalve comprenant une membrane nanoporeuse dont les pores sont fonctionnalisés par un polyélectrolyte et au moins deux électrodes
Dopage, piégeage de vortex et diffusion électronique dans les nouveaux supraconducteurs à base de fer
Dopage, piégeage de vortex et diffusion électronique dans les nouveaux supraconducteurs à base de fer
Dopage, piégeage de vortex et diffusion électronique dans les nouveaux supraconducteurs à base de fer
Dopage, piégeage de vortex et diffusion électronique dans les nouveaux supraconducteurs à base de fer
Façonner la matière à l\'échelle nanométrique par irradiation de faisceaux d\'ions
Façonner la matière à l\'échelle nanométrique par irradiation de faisceaux d\'ions
Façonner la matière à l\'échelle nanométrique par irradiation de faisceaux d\'ions
Capteurs ultrasensibles de métaux lourds à base de membranes polymères irradiées
Capteurs ultrasensibles de métaux lourds à base de membranes polymères irradiées
Capteurs ultrasensibles de métaux lourds à base de membranes polymères irradiées
Comportement sous irradiation de matrices cimentaires pour le stockage des déchets
Comportement sous irradiation de matrices cimentaires pour le stockage des déchets
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Génération de seconde harmonique dans le silicium : par la contrainte !
Génération de seconde harmonique dans le silicium : par la contrainte !
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Le noircissement des fibres optiques sous contrôle !
Le noircissement des fibres optiques sous contrôle !
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Interaction laser-solide avec excitation d\'ondes de surface : pour un champ magnétique géant
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Inauguration de l\'accélérateur d\'électrons du projet Sirius
Inauguration de l\'accélérateur d\'électrons du projet Sirius
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Brevet: Membranes nanostructurées et leurs utilisations
Brevet : Nanocapteur pour la capture de molécules chargées à l\'aide de la voltampérométrie cyclique inverse in situ
Etude de vitrocéramiques modèles riches en CaMoO4 pour le confinement de déchets de très haute activité
Etude de vitrocéramiques modèles riches en CaMoO4 pour le confinement de déchets de très haute activité
Etude de vitrocéramiques modèles riches en CaMoO4 pour le confinement de déchets de très haute activité
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Une expérience laser pompe-sonde originale pour mieux comprendre et maitriser le claquage optique
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Exploration des phénomènes électroniques collectifs dans les matériaux quantiques par spectroscopie du mode de Higgs
Conception \
Conception \
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Pour un capteur thermique de champ magnétique : effet hall thermique anisotrope
Pour un capteur thermique de champ magnétique : effet hall thermique anisotrope
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Un conducteur bien compensé par irradiation électronique : Bi2Te3
Un conducteur bien compensé par irradiation électronique : Bi2Te3
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Vieillissement sous irradiation de cellules solaires pour des applications spatiales.
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Démonstration de supraconductivité de type s avec noeuds dans le Ba(FeAs1-xPx)2
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Réalisation d\'un gaz bidimensionnel d\'électrons, par l\'excitation laser d\'un isolant topologique
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Dispersion des excitons : A la frontière de la spectroscopie théorique
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Défauts, désordre et structuration de la matière
Le surf des électrons sur une onde de surface
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Le surf des électrons sur une onde de surface
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Radio-noircissement des fibres optiques : le rôle des ions Yb2+ révélé par photoluminescence sur l\'accélérateur SIRIUS
Radio-noircissement des fibres optiques : le rôle des ions Yb2+ révélé par photoluminescence sur l\'accélérateur SIRIUS
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Étude ab initio de la réduction du transport de chaleur dans le bismuth par nanostructuration
Étude ab initio de la réduction du transport de chaleur dans le bismuth par nanostructuration
Brevet :  Procédé de fabrication d\'un nanogénérateur piézo-électrique, nanogénérateur piézo-électrique obtenu par ce procédé et dispositif comportant un tel nanogenerateur piezo-electrique
Nanostructures façonnées par irradiation pour un couplage lumière-plasmons efficace - Etude de la génération de seconde harmonique
Nanostructures façonnées par irradiation pour un couplage lumière-plasmons efficace - Etude de la génération de seconde harmonique
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Observation femto-ARPES de la fermeture dynamique du gap supraconducteur dans les supra haut Tc
Observation femto-ARPES de la fermeture dynamique du gap supraconducteur dans les supra haut Tc
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Dynamique de relaxation des porteurs photo-excités dans GaAs :  théorie et expériences ARPES.
Dynamique de relaxation des porteurs photo-excités dans GaAs :  théorie et expériences ARPES.
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Nanostructuration du graphène par irradiation d\'ions lourds
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Irradiation
Étude du vieillissement sous irradiation protonique de cellules solaires triple jonction pour les missions spatiales dans l’espace lointain
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Étude du vieillissement sous irradiation protonique de cellules solaires triple jonction pour les missions spatiales dans l’espace lointain
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Densité d’équilibre de la silice obtenue sous irradiation
Densité d’équilibre de la silice obtenue sous irradiation
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Procédé photochimique d\'élaboration de nanoparticules bi-fonctionnelles
Détecter l’uranium à l’état de traces dans l’eau
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Manipulation de la structure électronique du phosphore noir par dopage électronique
Brevet : Procédé de préparation de composés oxyboranes
Apport de la nouvelle plateforme de diffraction des rayons X à la cristallochimie des oxydes complexes des matrices cimentaires
Déterminer les forces de corrélations électroniques par spectroscopie de photoémission résolue en angle (ARPES)
Des mouvements insoupçonnés au cœur des aimants
Effet de désordre contrôlé par irradiation sur la conductivité électrique balistique des delafossites
Accélérer plus efficacement des électrons par interaction laser-plasma sur cible solide nanostructurée avec une rotation de front d’onde
Impression 4D d\'actionneurs en polymères magnéto-actifs
Brevet : Préparation du bore alpha rhomboédrique en présence d\'une source de carbone
Photodiodes à spin : un détecteur de lumière polarisée circulairement
Moduler les propriétés électroniques de β-Ga2O3 par irradiation aux électrons de haute énergie
Théorie de la Science des Matériaux - TSM
Confinement ultime de rayonnement TeraHertz dans des plasmons de surface de cavités semi-conductrices
Bien caractériser les nouveaux ciments bas-carbone à base de composants de substitution du clinker
Supraconductivité non-conventionnelle dans un minéral naturel

 

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