Étude de la texture de nanocristaux ferroélectriques : couplage entre mesures locales de piezo-résistance et mesures optiques

Sujet détaillé

Dans le cadre d’une collaboration entre notre laboratoire et 2 autres laboratoires du plateau de Saclay (ENS Paris-Saclay/ LUMIN et CentraleSupelec/ SPMS), nous nous sommes intéressés aux propriétés optiques de nanoparticules ferroélectriques de BaTiO3 éventuellement dopées par des terres rares. Plus particulièrement, les propriétés à la fois de luminescence et de conversion de fréquence (génération de second harmonique – SHG) de ces particules en font des marqueurs prometteurs en vue d’applications à l’imagerie en biologie, par exemple, pour le suivi du transport intracellulaire au sein de réseaux neuronaux.

Lors d’une étude récente (https://www.insis.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/de-nouvelles-donnees-recoltees-sur-la-texture-ferroelectrique-de-nanocristaux-individuels), associant simulations et mesures de microscopie de piezoresistance PFM (Piezoresistance Force Microscopie), nous avons pu mettre en évidence que ces nanocristaux de BaTiO3 avaient une texture ferroélectrique tout à fait particulière, et présentaient notamment une alternance de domaines « up » et « down ». Les résultats de l’étude soulèvent ainsi la question de l’origine de la réponse optique non linéaire de génération de second harmonique (SHG) de ces nanocristaux. En effet, l’existence de domaines orientés à 180° les uns des autres devrait a priori donner lieu à une absence de SHG par interférences destructives, ce qui n’est pas ce qui est observé expérimentalement.
L’objectif du stage consistera à mener des analyses plus approfondies corrélant PFM et SHG de façon à permettre une caractérisation plus complète de la structure de ces nanocristaux et mieux comprendre leurs propriétés. Nous travaillerons pour ce faire avec des cristaux un peu plus grands que ceux étudiés jusqu’à présent, de façon à ne pas être limité par la limite de diffraction pour les mesures optiques.

L’équipe d’accueil est le groupe Nanophotonique du SPEC/LEPO (https://iramis.cea.fr/spec/lepo/). Pour les besoins de ses recherches, le groupe a développé un savoir-faire important dans le couplage de mesures optiques avec des microscopies à sondes locales, AFM en particulier. L’équipe dispose ainsi de plusieurs bancs expérimentaux qui seront mis à profit pour le stage. Selon les échantillons qui seront réalisés, les mesures AFM/PFM et SHG pourront être réalisées soient simultanément, soit séquentiellement sur les mêmes objets.

Le rôle du stagiaire ira de la préparation des échantillons, à la caractérisation de leurs propriétés de conversion de fréquence (analyses spectrales et résolues en polarisation). Il participera également à l’interprétation des résultats obtenus.

Lieu du stage

Orme des merisiers, CEA Saclay, 91 Essonne, France

Conditions de stage

• Durée du stage : 4 mois
• Niveau d’étude requis : Bac+4/5
• Formation : Ingénieur/Master
• Poursuite possible en thèse : Non
• Date limite de candidature : 1 février 2024

• Méthodes, techniques :
• Préparation d’échantillons (spin-coating, drop casting)
• Caractérisation MEB
• Mesures de sondes locales (modes AFM électriques : PFM)
• Mesures optiques (conversion de fréquence, notamment génération de 2nd harmonique – SHG)

Liens utiles

Responsable du stage

Céline FIORINI-DEBUISSCHERT
Tél. : 06 60 49 17 35
Email :

Responsable SPEC / LEPO

Ludovic DOUILLARD
Tél. : 01 69 08 36 26