Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 20-10-2017

5 sujets INAC

• Electronique et microélectronique - Optoélectronique

• Energie, thermique, combustion, écoulements

• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

Conception de circuit intégré synchrone hybride CMOS/MRAM sur technologie avancée robuste aux radiations spatiales

SL-DRF-18-0178

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Gregory DI PENDINA

Lionel TORRES

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Gregory DI PENDINA

CEA - DSM/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438784746

Directeur de thèse :

Lionel TORRES

Université de Montpellier - LIRMM

04 67 41 85 67

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/gregory.dipendina/index.html

Labo : http://www.spintec.fr/

A ce jour, plusieurs méthodes permettent de concevoir des circuits microélectroniques adaptés à des applications spatiales, répondant aux contraintes d’immunité aux radiations, que ce soit en termes de technique, de conception ou de procédé de fabrication. Après une expérience forte et enrichissante de 3 ans dans la cadre d'une thèse menée en collaboration entre le CNES, le LIRMM et le CEA/Spintec, de 2014 à 2017, nous souhaitons étendre et consolider ces travaux collaboratif. Nous aimerions proposer de nouvelles innovations pour la conception de circuits intégrés embarquant des technologies émergentes non volatiles, notamment les composants spintronique du type MRAM (mémoire Magnétique), en vue d'applications dans des environnements critiques, et plus spécifiquement le spatiale. En effet plusieurs études ont été faites ou sont en cours sur les mémoires MRAM en tant que tel. En revanche, nous proposons dans ce sujet de nous intéresser à l'intégration de jonctions tunnel magnétiques (JTM), élément de base des mémoires MRAM, dans la logique de calcul. Ces JTMs peuvent être intégrées aussi bien dans les parties séquentielles telles que les latchs et les bascules, mais également dans les parties combinatoires telles que les cellules de type NAND, NOR, etc. Il s’agit ici de proposer une logique hybride CMOS/MRAM pour rendre les circuits robustes vis-à-vis des environnements spatiaux. Ce sujet adresse donc la partie calcul de circuits numériques complexes tels que des micro-processeurs par exemple. Par ailleurs, la technologie STT-MRAM (Spin Transfer Torque), qui est à ce jour la technologie MRAM la plus avancée et qui commence à être industrialisée, sera utilisée pour ces travaux d’innovation. Cependant, la technologie SOT-MRAM (Spin Orbit Torque), qui est la technologie MRAM la plus émergente et qui a déjà démontré d’intéressantes propriétés pour les circuits hybrides de la microélectronique et notamment en termes de robustesse face aux particules, sera également considérée dans cette étude afin d’apporter une étude la plus complète possible, ainsi que la solution la plus efficace. Ces travaux se veulent prospectifs et seraient menés sur des technologies avancées. L'objectif est de fabriquer un circuit intégré complet et de réaliser des essais radiations avec le CNES (sous ions lourds et/ou dose) pour valider la robustesse pour les applications spatiales « de cette logique combinatoire et séquentielle nouvelle basée sur la technologie MRAM ». Cette thèse serait principalement encadrée par l’équipe « conception de circuits intégrés non-volatils » du laboratoire CEA -Spintec de Grenoble et dirigée par le LIRMM.

Confinement Inertiel dans des Cavités de Grande Taille

SL-DRF-18-0218

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryogénie Fusion (LCF)

Grenoble

Contact :

Jérome DUPLAT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Jérome DUPLAT

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SBT/LCF

04 38 78 64 89

Directeur de thèse :

Jérome DUPLAT

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SBT/LCF

04 38 78 64 89

Dans le cadre de l'utilisation du confinement inertiel pour produire les conditions de la fusion nucléaire, nous proposons d’étudier la dynamique de bulles sphériques de grande taille (centimétriques). On s’intéresse en particulier au cas où une cavité est placée en forte dépression au sein d’un liquide. On observe alors que la bulle s’effondre sur elle même, avec une très grande violence. Pour une cavité non vide, les éléments piégés sont très fortement comprimés. L’interface et l’ensemble du liquide ralentit, et son énergie (cinétique) est transférée au milieu composant la cavité. C’est le principe du confinement inertiel, exploité pour la réalisation des conditions thermodynamiques de la fusion nucléaire (projets Laser Méga Joule, National Ignition Facility), et à l’origine du phénomène de sonoluminescence.



Nous proposons de réaliser des expériences similaires, à grande échelle spatiale (quelques centimètres) et grande échelle temporelle (de l’ordre de la milliseconde), ce qui autorise une observation détaillée (notamment par imagerie rapide) des phénomènes hydrodynamiques intervenant dans le processus.



Grâce à l'application d'un champ magnétique, il est possible de compenser l'effet des forces de gravité dans l'oxygène liquide. Il est donc possible de créer une bulle au sein de ce liquide, qui soit sphérique et de grande taille initialement.



Le travail de thèse consistera d'une part à mener l'ensemble des investigations expérimentales et d'autre part à proposer des modèles afin de décrire le comportement hydrodynamique de la bulle (sous certaines conditions on observe le développement d'instabilités de l'interface) mais aussi l'état thermodynamique atteint : des expériences préliminaires indiquent que les gaz piégés dans la bulle atteignent des températures de plusieurs dizaine de milliers de Kelvin, ce qui provoque leur illumination spontanée.

Dans des conditions expérimentales mieux maitrisées, on espère dépasser largement ce 'record'.

Magnétomètre miniature ultra-sensible pour les missions spatiales

SL-DRF-18-0141

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Hélène BEA

Claire BARADUC

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Hélène BEA

UJF - DRF/INAC/SPINTEC

04 38 78 08 46

Directeur de thèse :

Claire BARADUC

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 42 35

Labo : http://www.spintec.fr/research/magnetic-sensors/

L’objectif est de développer un magnétomètre miniature et ultra-sensible (100 fT/Hz^1/2), en utilisant des jonctions tunnel magnétiques et les techniques de microfabrication issues de la microélectronique. Ce magnétomètre pourrait remplacer les magnétomètres utilisés actuellement sur les missions spatiales avec un gain de masse d’un facteur 100. Cette extrême légèreté (~1 g hors électronique) représenterait un avantage compétitif décisif par rapport aux capteurs inductifs utilisés actuellement lors de missions spatiales (masse >1 kg).

Le magnétomètre proposé combine une jonction tunnel magnétique comme élément sensible du capteur, un concentrateur de flux pour amplifier le champ à mesurer et un système de modulation du champ magnétique pour réduire le bruit de la mesure. Des études préparatoires ont permis de montrer la faisabilité des briques de base de ce capteur. Il s’agit maintenant d’optimiser le concentrateur de flux et la jonction tunnel magnétique, en particulier en développant une jonction innovante faisant actuellement l’objet d’une proposition de brevet.

Le travail de thèse sera majoritairement expérimental (microfabrication, caractérisation électrique et magnétique, mesures de bruit, imagerie magnétique) mais inclura également de l’analyse et des simulations micromagnétiques.

Manipulation of spin currents and magnetic state at the nanoscale using the spin orbit coupling

SL-DRF-18-0058

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Laurent VILA

Jean Philippe ATTANE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Laurent VILA

CEA - DSM/INAC/SP2M/NM

0438780355

Directeur de thèse :

Jean Philippe ATTANE

Universite Joseph Fourier - INAC/SP2M

0438784326

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/laurent.vila/

Labo : http://www.spintec.fr/research/spin-orbitronics/

The development of spin electronics, or spintronics, allows to imagine many devices taking advantage of an electronics no longer based solely on the electrical charge of the carriers but also on their spin. This new degree of freedom offers additional means of conveying information, and introduces new ways to manipulating it.

Very recently, a collection of Spin Orbit based spin-to-charge interconversion mechanisms (Spin Hall effects, Rashba and Topological Insulators) were observed experimentally. It appears in the set of non-magnetic metals, semiconductors or oxydes, and sorts the carriers according to their spin state. It allows injecting and detecting spins without necessarily using magnetic materials or a magnetic field, which is both conceptually and technologically very interesting.

In this framework, we wish to create lateral nanostructures taking advantage of pure spin current generated by harnessing the Spin Orbit coupling for both spin to charge interconversion mechanisms and the manipulation of magnetization state of nano-object (dot or magnetic domain wall) by absorption of this current and spin transfer torque. Material of interest will be metals, oxydes and topological insulators to generate or detect spin currents, and will be applied to the manipulation of the magnetic state of a nanoelement, an example of a recent realization being given on the figure.

If subjects related to the spin transfer by absorption of a pure spin current are very competitive, they are scientifically rich, and currently booming. This area of research is still largely open to exploration, and we are benefiting from our recent development of efficient injection and detection devices.

The proposed topic lies in basic research but with a clear opening towards applied research. The trainee will benefit from the technical and scientific environment of the laboratory, and the collaborations put in place with the major actors of the field at the international level. This project is supported by funding from the ANR.

Étude théorique de matériaux et systèmes magnétocaloriques avancés

SL-DRF-18-0177

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

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Groupe Théorie (GT)

Grenoble

Contact :

Mike ZHITOMIRSKY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Mike ZHITOMIRSKY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

0438784330

Directeur de thèse :

Mike ZHITOMIRSKY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

0438784330

Labo : http://inac.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=1157

Un champ magnétique externe affecte l'entropie d'un système magnétique et provoque des variations de température qui peuvent être utilisées pour la réfrigération magnétique. Une technologie de refroidissement alternative de ce type est de plus en plus importante aujourd'hui pour les télescopes spatiaux, les expériences en physique des particules et l'informatique quantique. En ce moment, la plupart des réfrigérateurs à désaimantation adiabatique utilisent des sels paramagnétiques qui ont une capacité limitée pour des températures supérieures à 1 K. Récemment, deux nouvelles familles de matériaux magnétocaloriques adaptées aux applications dans la gamme de température 1-4 K ont été proposées : des systèmes de spins à géométrie frustrée et des aimants dipolaires. Nous envisageons d'étudier les propriétés magnétocaloriques de ces matériaux en utilisant des simulations Monte Carlo de modèles de spin appropriés pour les matériaux connus, tels que Gd3Ga5O12 et GdLiF4, ainsi que pour les matériaux magnétocaloriques prospectifs, Yb2Ti2O7 et Yb3Ga5O12. L'étude théorique bénéficiera d'une collaboration avec les études expérimentales en cours à l'INAC.

 

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