Les sujets de thèses

36 sujets INAC

Dernière mise à jour : 26-03-2019


• Chimie

• Chimie physique et électrochimie

• Electronique et microélectronique - Optoélectronique

• Energie, thermique, combustion, écoulements

• Interactions rayonnement-matière

• Matière molle et fluides complexes

• Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux

• Matériaux et applications

• Physique du solide, surfaces et interfaces

• Physique mésoscopique

• Toxicologie

 

Réalisation de diodes électroluminescentes à nanofils par épitaxie par jets moléculaires

SL-DRF-19-0805

Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Nano Physique des Semi-Conducteurs (NPSC)

Grenoble

Contact :

Bruno DAUDIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-04-2019

Contact :

Bruno DAUDIN

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

04 38 78 37 50

Directeur de thèse :

Bruno DAUDIN

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

04 38 78 37 50

Les matériaux nitrures d’éléments III (GaN, InN, AlN et leurs alliages) sont à l’origine d’une révolution de l’éclairage visible qui voit les lampes à incandescence traditionnelles être remplacées par des diodes électroluminescentes (LEDs) pour de nombreuses applications de la vie courante. Plus récemment un intérêt grandissant pour la réalisation de micro-LEDs pouvant émettre dans le Rouge, le Bleu et le Vert (RGB) est apparu pour les applications d’affichage et d’écran. En particulier une forte demande sur des structures de taille inférieure de plusieurs ordres de grandeur à celle des LEDs classiques se fait jour. Le sujet de thèse portera sur la croissance épitaxiale de ces structures LEDs « RBG » et la compréhension physique des comportements du dispositif.

Pour des raisons fondamentales tenant à la physique de ces matériaux, l’efficacité optique des LEDs décroît avec l’accroissement de la longueur d’onde, conduisant à ce qu’il est de coutume d’appeler le « green gap » qui se traduit par une faible efficacité des LEDs planaires dans le vert et, plus encore dans le rouge. En effet, l’augmentation de la longueur d’onde implique l’élaboration de puits quantiques à teneur de plus en plus élevée en In, présentant un désaccord de maille croissant avec les barrières de GaN. Il en résulte la formation de dislocations dont la densité croît avec la longueur d’onde. En outre, la structure wurtzite n’étant pas centrosymétrique, ce désaccord de maille croissant se traduit par la présence dans les puits quantiques d’un champ électrique d’origine piézo-électrique de plus en plus important. Ce champ combiné à celui résultant de la différence de polarisation spontanée entre le GaN et l’InGaN conduit à une perte d’efficacité de recombinaison radiative des porteurs de plus en plus marquée avec l’augmentation de la longueur d’onde.

Les nanofils élaborés par épitaxie par jets moléculaires (MBE) constituent une solution originale pour la réalisation d’hétérostructures axiales permettant de réduire les inconvénients ci-dessus mentionnés : la morphologie des nanofils, soit leur grand rapport d’aspect (hauteur/diamètre), leur importante surface libre par rapport au volume, la solubilité limite des dopants plus élevée que dans les couches planaires permet en effet de réaliser des hétérostructures GaN/InGaN à forte concentration d’In tout en minimisant la production de défauts structuraux et l’intensité du champ électrique interne.

Le sujet de thèse portera sur le développement de telles structures LEDs élaborées par MBE, avec l’objectif d’optimiser l’émission lumineuse dans le vert et le rouge, en partenariat étroit avec l’entreprise Aledia. Les conditions d’injection de courant et leur effet sur l’intensité de l’électroluminescence seront analysés et optimisés avec l’objectif d’identifier et d’éliminer les courants de fuite et autres sources de perte d’efficacité radiative. L’évaluation et la suppression des recombinaisons de surface, correspondant aux fuites des porteurs générés dans la zone active et qui, à ce jour, sont la principale limitation de performance des micro-LEDs à base de structures 2D, feront l’objet d’une particulière attention. De plus les conditions de croissance et de réalisation des hétérostructures, en particulier les transitions entre les différents alliages les constituant, seront étudiées afin de supprimer la génération de défauts, principalement structuraux, aux interfaces. Enfin, dans la mesure où la réalisation de LEDs efficaces impose d’élaborer des hétérostructures filaires de polarité maitrisée, une étude consistera à examiner les conditions de conversion d’un substrat à polarité mélangée en un substrat de polarité unique permettant d’élaborer les hétérostructures filaires désirées.

Le sujet convient à un(e) étudiant(e) possédant un master 2 Nanosciences, nanophysique ou équivalent. Le candidat devra posséder un fort goût pour la science expérimentale et sera amené, outre la croissance des échantillons par MBE à les analyser par microscopie électronique à balayage, spectrocopie optique etc… Le candidat devra pouvoir s’intégrer dans une équipe et faire preuve d’autonomie tout en ayant une bonne interaction avec les nombreux acteurs du projet, du côté académique comme du côté industriel.

Dérivés de graphène ponté comme matériaux d'électrode pour supercondensateurs: du développement de matériaux à la caractérisation de la double couche électrochimique

SL-DRF-19-0482

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Conception d’architectures moléculaires et processus électroniques (CAMPE)

Grenoble

Contact :

Florence DUCLAIROIR

Lionel DUBOIS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Florence DUCLAIROIR

CEA - DRF/INAC/SyMMES/CAMPE

04 38 78 53 68

Directeur de thèse :

Lionel DUBOIS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/CAMPE

04 38 78 92 57

Voir aussi : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.8b00759

L'objectif du projet de thèse est de développer des matrices de feuillets de graphène pontés offrant de meilleures performances de stockage pour les supercondensateurs (SC). Ces architectures seront obtenues à l'aide de piliers moléculaires sélectionnées pour leur polarité particulière ou leur caractère électrolytique, dans le but de favoriser l’intercalation et le transport des ions au sein des galleries de graphène obtenues. L’évaluation électrochimique de ces systèmes sera réalisée de façon à comparer leurs performances (capacitance, cyclabilité, puissance) à celles reportées dans la littérature pour des dérivés carbonés ne présentant pas de porosité 2D. Le transport ionique à l'intérieur de cette porosité 2D est un aspect clé, qui sera étudié par XPS et par ss-RMN ex-situ, ainsi que par une étude couplée électrochimie et XPS. Cette étude approfondie de la formation de la double couche électrochimique permettra d’optimiser les matériaux et les cellules (choix de l’électrolyte, nature des piliers, amélioration de la conductivité ...). Compte tenu de la nature modèle de ces matériaux, ces travaux fourniront également de la connaissance sur la dynamique des ions dans la porosité 2D.

Synthèse en flux continu de nanocristaux semi-conducteurs

SL-DRF-19-0807

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Dmitry ALDAKOV

Peter REISS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Dmitry ALDAKOV

CNRS - CEA/INAC/SyMMES UMR-5819

0438784660

Directeur de thèse :

Peter REISS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

0438789719

Page perso : http://inac.cea.fr/Phocea/Pisp/index.php?nom=peter.reiss

Labo : http://inac-i.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=1235

Les nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux (QD)s présentent des propriétés photophysiques uniques telles qu'une émission étroite et accordable avec leur taille, une absorption à large bande et des rendements quantiques de fluorescence élevés. Par conséquent, les QDs sont déjà utilisés dans diverses applications telles que l'imagerie/détection biologique ou comme convertisseurs de couleur dans le rétroéclairage blanc des écrans LCD utilisés dans les téléviseurs haut de gamme. Les QDs à base de phosphure d'indium (InP) étant conformes aux réglementations de l'UE (RoHS, REACH), ils ont été identifiés comme un des principaux candidats pour les LED de conversion de couleur. Le contrôle de la taille est d'une importance primordiale car la longueur d'onde d'émission et les propriétés électroniques sont directement liées au diamètre des QDs. Dans ce projet, nous voulons développer une nouvelle méthode de synthèse en flux continu pour les QDs de haute qualité à base de phosphure d'indium, à dispersion de taille réduite et à stabilité et efficacité d’émission accrues. La synthèse en flux continu présente de nombreux avantages par rapport à la synthèse conventionnelle de type batch en raison d'un bien meilleur transfert de masse et de chaleur dans les réacteurs tubulaires et d'une meilleure reproductibilité. D'autre part, une nouvelle chimie des précurseurs doit être mise au point afin d'être compatible avec les exigences du procédé en flux continu. Le projet sera réalisé en collaboration avec un partenaire académique développant de nouveaux types de précurseurs et un partenaire industriel pour l'intégration de dispositifs.



La caractérisation des propriétés optiques et structurales fait également partie du projet en utilisant principalement la spectroscopie d’absorption UV-vis et de photoluminescence (in situ et ex situ), la diffraction des rayons X et la microscopie électronique.



Les candidats pour ce sujet doivent avoir un background solide en chimie des matériaux, en chimie inorganique, en chimie physique et en génie chimique. Une première expérience avec les nanocristaux colloïdaux et leur caractérisation est la bienvenue.

Systèmes à base de quantum dots pour la photocatalyse redox de réactions radicalaires en lumière visible

SL-DRF-19-0678

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Conception d’architectures moléculaires et processus électroniques (CAMPE)

Grenoble

Contact :

Vincent MAUREL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Vincent MAUREL

CEA - DRF/INAC/SYMMES/CAMPE

04 38 78 35 98

Directeur de thèse :

Vincent MAUREL

CEA - DRF/INAC/SYMMES/CAMPE

04 38 78 35 98

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/vincent.maurel/

Au cours de la dernière décennie l'émergence de la photocatalyse redox a révolutionné le domaine de la chimie organique de synthèse. La mise au point de nouveaux photocatalyseurs a bénéficié du développement des catalyseurs pour la conversion de l'énergie solaire. Les complexes de coordination à base de ruthénium et d'iridium jouent un rôle majeur dans ce développement. En plus des photocatalyseurs homogènes, les recherches sur les photocatalyseurs à base de semiconducteurs pour la synthèse commencent à peine à émerger. Nous proposons un programme de recherche dédié au développement et à l'étude de quantum dots (QD) semiconducteurs colloïdaux comme photocatalyseurs redox pour la synthèse organique. Ces photocatalyseurs nanocristallins sont particulièrement prometteurs car ils présentent les avantages des catalyseurs homogènes, tels qu'un coefficient d'extinction molaire élevé dans le domaine visible, et parce qu'ils peuvent être séparés des produits de réaction par filtration ou par centrifugation. De plus les QD sont connus pour être très résistants au photo-blanchiment et leurs propriétés redox peuvent être ajustées finement en changeant leur composition(CdS, CdSe, ZnO, ZnSe... ), en contrôlant leur taille et en modifiant les ligands utilisés pour les stabiliser.

Ce sujet de thèse s'inscrit dans un projet collaboratif qui vise: 1) l'utilisation de QD comme photocatalyseurs pour la génération de radicaux alkoxyles; 2) le développement d'une nouvelle classe de photocatalyseurs combinant QD et nanoparticules d'argent (QD-Ag-NP).

Microsupercondensateurs tout solide, flexible et ultra-stables à base de Nanostructures de Silicium modifiés

SL-DRF-19-0578

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Pascal GENTILE

Saïd SADKI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2019

Contact :

Pascal GENTILE

CEA - DSM/INAC/SP2M/SINAPS

0438786882

Directeur de thèse :

Saïd SADKI

Université Grenoble Alpes - UMR SyMMES 5819 (CEA-CNRS-UGA) CEA de Grenoble

04 38 78 44 50

L’essor des réseaux sans fils, de dispositifs électroniques portables génèrent dans les sociétés développées une besoin accru de microdispositifs électrochimiques d’énergie de plus en plus performants. Ces dernières années, les microsupercondensateurs ont connus un développement considérable. Capable de délivrer des grands pics d’énergie en des temps très brefs, pendant une longue durée de vie, ils font le lien entre les condensateurs diélectriques et les batteries. Déjà largement utilisés dans les ouvertures d’urgence des avions, les défibrillateurs,…, leur développement pour des systèmes flexibles et tout-solide permettra une intégration sur des textiles. La combinaison de nanostructures de silicium modifiées permet d’utiliser des électrolytes aqueux avec une forte cyclabilité. Les nanostructures seront réalisées par la méthode VLS dans un réacteur CVD. Les nanostructures seront ensuite modifiées par un dépôt conforme d’un diélectrique mince, on pourra aussi ajouter des polymères conducteurs électroniques intrinsèques/redox ou des oxydes de métaux de transitions dans le but d’augmenter très fortement les performances des dispositifs de stockage.

“Smart membranes” pour batteries Lithium-Métal-Polymère

SL-DRF-19-0853

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Quentin BERROD

Jean-Marc ZANOTTI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Quentin BERROD

CNRS - DRF/INAC/SyMMES/STEP

(+33)(0)438786425

Directeur de thèse :

Jean-Marc ZANOTTI

CEA - DRF/IRAMIS/LLB/GBSD

+33(0)476207582

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/quentin.berrod/index.php

Labo : http://inac.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=1147

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/jean-marc.zanotti/

Le sujet propose une voie originale pour permettre l’utilisation des batteries « lithium métal polymère » à

température ambiante. Cet objectif sera atteint par la mise en conjonction de trois effets : i) le confinement

nanométrique de l’électrolyte au sein de membranes à base de tapis de NanoTubes de Carbone (NTC)

alignés verticalement, ii) l’utilisation de POE de faible masse molaire et iii) la conduction ionique

unidimensionnelle.

Le sujet passe par la synthèse d’une SMART membrane : le greffage de chaînes de POE de longueur

nanométrique sur l’une des parois du tapis de NTC. Cet aspect est essentiel pour s’affranchir du caractère

conducteur électronique des NTC. Par ailleurs, la conformation des chaînes greffées à l’entrée des NTC

(chaînes étendues ou en pelote) dépendra fortement de l’environnement physico-chimique (pH, solvant,

température …). Ces smart membranes, présentent donc aussi un intérêt en tant que "nano-valves"

stimulables ou membranes de filtration.

Développement de nanostructures à base d'AlGaN pour la fabrication lasers UV à pompage électronique

SL-DRF-19-0240

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

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Nano Physique des Semi-Conducteurs (NPSC)

Grenoble

Contact :

Eva MONROY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Eva MONROY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

0438789068

Directeur de thèse :

Eva MONROY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

0438789068

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/100/eva.monroy.html

Voir aussi : http://inac.cea.fr/en/Phocea/Page/index.php?id=241

Les nitrures III (GaN, AlN, InN et leurs alliages ternaires) sont des semi-conducteurs à large bande interdite, particulièrement intéressants pour l'opto et la microélectronique. Cette famille de matériaux a connu un développement mondial extraordinaire, donnant naissance à une nouvelle génération de dispositifs émetteurs de lumière, diodes laser, photodétecteurs et composants électroniques de puissance. Le laboratoire «Nanophysique et Semi-conducteurs» du CEA-Grenoble est un centre de R&D de renommée internationale dans le domaine des semi-conducteurs de nitrure III. Ce laboratoire est impliqué dans un certain nombre de projets nationaux et internationaux visant à appliquer les nanostructures III-N au développement de dispositifs innovants.



Il existe une forte demande pour les lasers à ultraviolets profonds destinés à des applications telles que la télédétection Lidar, la communication hors de la ligne de mire, la détection chimio-chimique, l’impression 3D, etc. Cette plage spectrale est actuellement couverte par des lasers à gaz ou des lasers basés sur la conversion de fréquence, qui sont volumineux, inefficaces et inflexibles en longueur d'onde. Les diodes laser à base d’AlGaN devraient offrir une solution alternative, mais leur mise en œuvre est ralentie par la difficulté à fabriquer des couches de revêtement hautement conductrices en p-AlGaN.



L'objectif de ce projet de thèse est de développer une nouvelle technologie laser UV compacte basée sur l'excitation de nanostructures d'AlGaN par un faisceau d'électrons provenant d'une cathode à nanotube de carbone. Nous ciblons les dispositifs quasi-continues, refroidis par effet Peltier, émettant à 350 nm et 265 nm, avec une puissance de sortie> 500 mW. Le choix des longueurs d'onde vise une comparaison directe avec la technologie Nd-YAG. Cependant, le principe de fonctionnement permet de sélectionner la longueur d’onde d’émission par conception, sans dégradation de l’efficacité dans la plage de 350-250 nm.



L'étudiant rejoindra l'équipe de recherche travaillant sur les nanostructures de nitrure III. Les structures des dispositifs seront conçues et synthétisées en laboratoire et l’étudiant participera à leur caractérisation structurelle et optique. Il/elle sera formé(e) à l'utilisation de l'épitaxie par jet moléculaire, de la photoluminescence, de la cathodoluminescence et de la modélisation de la structure électronique à l'aide du logiciel commercial Nextnano. Il/elle participera à la fabrication du dispositif dans les salles blanches de la PTA (http://pta-grenoble.com/).

Développement de nanostructures à base d’AlGaN pour la fabrication de composants émetteurs de lumière UV à pompage électronique

SL-DRF-19-0241

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

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Nano Physique des Semi-Conducteurs (NPSC)

Grenoble

Contact :

Eva MONROY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-01-2019

Contact :

Eva MONROY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

0438789068

Directeur de thèse :

Eva MONROY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

0438789068

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/100/eva.monroy.html

Voir aussi : http://inac.cea.fr/en/Phocea/Page/index.php?id=241

L'Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC) du CEA ouvre un poste de doctorat à un jeune scientifique afin de développer un programme de recherche sur les nanostructures d'AlGaN pour la fabrication d'un nouveau concept de lampe UV.



Notre projet contribue au développement de lampes UV à haute brillance, sans mercure, 100% recyclables et très brillantes. La désinfection par rayons UV est généralement effectuée à l'aide de lampes à décharge contenant de grandes quantités de mercure, une substance hautement toxique strictement réglementée par les directives de l'UE. L’alternative actuellement explorée consiste en des diodes électroluminescentes UV (LED UV) basées sur des semi-conducteurs AlGaN. Cependant, après plus de 15 ans de R & D, la technologie des LED UV progresse très lentement et des études comparatives montrent qu’elle est encore loin de rivaliser avec la lampe au mercure. Les performances des LED UV restent limitées par deux problèmes majeurs: la forte énergie d'activation des dopants dans l'AlGaN et la longueur de diffusion des trous de ces matériaux, extrêmement inférieure à celle des électrons. Pour contourner les problèmes associés à la technologie UV LED, nous proposons de pomper une région active à base de nanostructures AlGaN avec un faisceau d'électrons. Dans une telle configuration, des électrons et des trous sont générés dans tout le milieu actif avec la même distribution spatiale, sans besoin de dopage ni de contacts électriques. Dans le cadre de ce projet, l’étudiant sera responsable de (i) la fabrication de nanofils à base d’AlGaN émettant dans les gammes UV-B et UV-C, (ii) de la structuration optique et structurelle, (iii) de la comparaison des résultats avec les résultats théoriques. calculs utilisant un logiciel commercial, et (iv) comparaison des performances de telles structures à nanofils avec des puits quantiques et des points quantiques (disponibles dans notre laboratoire). Le stagiaire sera formé à l’utilisation de l’épitaxie par jet moléculaire, de la microscopie électronique à balayage, de la photoluminescence, de la cathodoluminescence et de la modélisation de la structure électronique à l’aide du logiciel commercial Nextnano.

Simulation au niveau système et flot d'exploration d'architectures neuromorphiques non-volatiles

SL-DRF-19-0463

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

François DUHEM

Sébastien BILAVARN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

François DUHEM

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 52 98

Directeur de thèse :

Sébastien BILAVARN

Université Nice Sophia Antipolis - LEAT (Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications) UMR CNRS 7248

04 89 15 44 23

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

L’implantation matérielle de réseaux de neurones est un sujet de recherche stratégique pour de nombreuses entreprises internationales. Les principaux projets autour de l’ingénierie neuromorphique ont donné naissance à des puces inspirées du comportement du cerveau comme SyNAPSE, TrueNorth ou SpiNNaker. Ces technologies ciblent principalement de puissantes fermes de calcul et sont peu adaptées aux contraintes de consommation énergétique des systèmes embarqués ou de l’internet des objets.

L’intégration hétérogène de la technologie CMOS avec des technologies émergentes permettrait de s’affranchir de ces limitations. En particulier, la technologie mémoire MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory) est considérée comme la plus prometteuse des mémoires non-volatiles permettant de réduire la consommation énergétique des architectures de calcul. Afin de permettre l'exploration de différentes solutions architecturales, il manque toutefois d’une approche avec un haut niveau d'abstraction permettant d’évaluer rapidement les gains en consommation apportés par ces mémoires.

Dans ce contexte, cette thèse consiste en la définition d’une plateforme de modélisation conjointe de la logique numérique et de fonctions à base de mémoires non-volatiles ciblant les accélérateurs neuromorphiques. La plateforme permettra l’exploration de différents choix architecturaux basés sur les propriétés des mémoires non-volatiles afin de mieux comprendre le compromis entre performance, surface et consommation énergétique.

La thèse sera dirigée par Sébastien Bilavarn (Université Côte d’Azur, LEAT, Sophia Antipolis) et encadrée par François Duhem (CEA/Spintec, Grenoble).

Compétences nécessaires : conception RTL, architecture de systèmes, électronique, langages de programmation C/C++ ou similaire (connaissances en SystemC appréciées)

Étude des écoulements oscillants à l'intérieur d'un régénérateur de type réticulaire : impact des dimensions internes sur la fréquence de travail

SL-DRF-19-0696

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

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryoréfrigérateurs et Cryogénie Spatiale (LCCS)

Grenoble

Contact :

Manuel MEDRANO MUNOZ

Nicolas LUCHIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Manuel MEDRANO MUNOZ

Université Joseph Fourier - UJF-CEA/SBT UMRe 9004

04 38 78 66 33

Directeur de thèse :

Nicolas LUCHIER

CEA - DRF/INAC/SBT/L3C

0438783068

Les satellites d'astrophysique ou d'observation de la terre nécessitent des cryoréfrigérateurs pour refroidir leurs détecteurs les plus sensibles à des températures cryogéniques. Les dispositifs destinés aux missions spatiales doivent répondre aux exigences : de fiabilité, d’efficacité, d’encombrement et d’une masse réduits. Le tube à gaz pulsé (TGP) est un cryoréfrigérateur adapté aux applications spatiales du fait de leur fiabilité et de leur faible niveau de vibrations mécaniques. La réduction de sa taille peut être obtenue par une hausse de la fréquence de travail.



Le coeur du fonctionnement d'un TGP est constitué d'un régénérateur. Plusieurs chercheurs ont observé qu'une augmentation de la fréquence de travail (normalement entre 30 et 50 Hz) amplifie les pertes d'énergie à l'intérieur du régénérateur en dégradant les performances du TGP. D'autres travaux montrent que une diminution du diamètre hydraulique et du volume mort du régénérateur favorisent l'augmentation de la fréquence de travail.

La miniaturisation et l'optimisation géométrique sont très restreintes dans les régénérateurs classiques (empilement de tissus ou de billes métalliques). Néanmoins, en accord avec des simulations numériques, un nouveau type de régénérateurs formées par un réseau d'éléments ordonnés peut aller au-delà des performances des régénérateurs standards. Ce type de de régénérateur peut être reproduit par techniques de micro fabrication en silicium.

Analyses avancées pour la microdiffraction Laue.

SL-DRF-19-0587

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM)

Laboratoire Nanostructures et Rayonnement Synchrotron (NRS)

Grenoble

Contact :

Jean-Sébastien Micha

Joël EYMERY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jean-Sébastien Micha

CNRS rattaché INAC - DRF/INAC/SyMMES/STEP

0476882589

Directeur de thèse :

Joël EYMERY

CEA - DRF/INAC/MEM/NRS

04 38 78 30 15

Page perso : joel.eymery.free.fr

Installé au synchrotron européen (ESRF) à Grenoble, l’instrument de microdiffraction Laue unique en Europe permet de sonder la matière par diffraction d’un faisceau polychromatique de quelques centaines de nanomètres. Le rythme d’acquisition de données numériques (diagramme de diffraction Laue) est en constante augmentation et nécessite de développer des outils logiciels adaptés à leur exploitation optimale. Plusieurs étapes sont nécessaires dans le traitement complet des données permettant d’obtenir les grandeurs structurales locales des matériaux mono ou polycristallins : orientation, paramètres de maille, état de déformations. Ces grandeurs sont essentielles dans le domaine du contrôle des procédés d’élaboration et la longévité des matériaux. De nombreuses fonctionnalités physiques et mécaniques sont gouvernées par les paramètres cristallins (par ex. photonique, métallurgie) qui sont mesurés avec une extrême précision (1/10000). A l’échelle du nanomètre, la modification de ces paramètres impacte directement les performances des dispositifs mis au point dans les laboratoires. Les besoins accrus en caractérisation précise sur des matériaux complexes étudiés au CEA, des microstructures ainsi que des micro et nano-objets exigent d’accélérer le temps de réduction et d’interprétation des données. Le stage de master consistera à optimiser et proposer des chaines de traitements de données s’appuyant sur des algorithmes d’analyse d’images, de reconnaissance intelligente de diagramme de Laue et de reconstruction de micro et nanostructures.

Dans une poursuite en thèse, ces analyses seront focalisées sur des matériaux d'intérêt pour le CEA, notamment les composés de nitrures de gallium (utilisés dans les microLED et les transistors de puissance) et les matériaux appelés phosphores qui permettent par exemple sous excitation bleue d'obtenir de la lumière blanche dans les LED d'éclairage. Ces mesures de microdiffraction Laue pourront être combinées à l'acquisition de la lumière émise par ces objets et ainsi réaliser une corrélation structure-propriété optique.

Développer la ptychographie électronique en utilisant les matériaux 2D

SL-DRF-19-0427

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM)

Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA)

Grenoble

Contact :

Hanako OKUNO

Jean-Luc ROUVIERE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Hanako OKUNO

CEA - DRF/INAC/MEM/LEMMA

04 38 78 20 73

Directeur de thèse :

Jean-Luc ROUVIERE

CEA - DSM/INAC/SP2M/LEMMA

04 38 78 50 86

Le but de cette thèse est de faire des développements numériques et expérimentaux sur une technique de microscopie électronique porteuse de pleins d'espoir : la ptychographie électronique.

La ptychographie consiste à (a) acquérir une série de clichés de diffraction cohérente en utilisant une sonde locale de petite taille qui balaye avec recouvrement la région d'intérêt et (b) analyser numériquement tous ces clichés de diffraction. La cohérence du faisceau et la reconstruction numérique permettent de remonter à des informations bien inférieures à la taille du faisceau incident. Par exemple en 2011, en utilisant un faisceau d'électrons de 15 nm, des colonnes atomiques d'or distantes de 0.23 nm ont pu être imagées. Théoriquement la résolution limite est donnée par la longueur d'onde du faisceau incident, soit 2 pm pour des électrons accélérés par un potentiel de 200kV. Dans le domaine des rayons X et de l'optique la ptychographie a connu des développements considérables car même en l'absence de lentilles, il est possible de reconstruire numériquement à partir des données expérimentales, à la fois des images avec une résolution exceptionnelles mais également les fonctions d'onde du faisceau à l'entrée et à la sortie de l'échantillon. Toutefois, la plupart des algorithmes de ptychographie suppose une faible interaction entre le faisceau incident et l'objet, approximation dite d'objet de phase qui néglige les interactions multiples du faisceau incident dans l'échantillon. Cette approximation est satisfaisante dans le cas des rayons X et de l'optique mais ne s'applique que très peu aux faisceau d'électrons.

C'est pour cela que cette thèse propose: (1) de développer un nouvel algorithme qui tienne compte des multiples interactions, (2) d'utiliser des matériaux 2D-modèles de plus en plus complexes. Les matériaux 2D monocouches permettront d'une part, d'optimiser les conditions expérimentales sur les microscopes électroniques et d'autre part de se familiariser avec les programmes actuels. Pour les systèmes plus complexes comprenant plusieurs couches ou matériaux 2D-fonctionnalisé, il faudra utiliser et tester le nouvel algorithme.

Nous espérons que ces travaux permettrons de reconstruire en 3D toute la structure atomique d'un empilement de quelques couches atomiques (au moins jusqu'à 3 nm d'épaisseur) et d'obtenir des informations sur la répartition des charges et les liaisons chimiques. Si cela se produit, cela sera une avancée considérable dans le domaine de la caractérisation de la matière.

Production d'électricité à partir de gradients de salinité

SL-DRF-19-0528

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Stefano MOSSA

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Stefano MOSSA

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

04 38 78 35 77

Directeur de thèse :

Stefano MOSSA

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

04 38 78 35 77

Page perso : https://stefano-mossa.weebly.com/

Des nouveaux concepts de production d'énergie font l'objet d'une formidable activité scientifique. En particulier, des schémas très récents de production d'énergie électrique exploitent des dispositifs électrochimiques en présence de gradients de nature différente. Dans ce projet, nous avons l'intention de clarifier quelques aspects de la physique derrière ces applications utilisant des gradients de salinité en utilisant la simulation de dynamique moléculaire.

(Photo)anodes sans métaux nobles pour l'oxydation (photo)catalytique de l'eau

SL-DRF-19-0817

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Peter REISS

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

Contact :

Peter REISS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

0438789719

Directeur de thèse :

Peter REISS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

0438789719

Ce projet vise à élaborer des (photo)électrodes stables et efficaces pour l’oxydation et la réduction catalytique de l’eau, uniquement à base d’éléments abondants. Notre approche originale sera basée sur l'élaboration de matériaux nanocomposites constitués d'un film de polymère contenant des nanoparticules de métaux déposés sur une électrode conductrice au sein desquels pourra être incorporé un colorant organique. Ce type de design ouvrira la voie au développement de nouvelles (photo)électrodes hybrides très performantes en termes de stabilité et d’efficacité pour la dissociation de l'eau en oxygène et hydrogène.

Nano-architectures hybrides plasmoniques assemblées par hybridation d’ADN

SL-DRF-19-0585

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Groupe Chimie pour la Reconnaissance et l'Etudes d'Assemblages Biologiques (CREAB)

Grenoble

Contact :

Yanxia HOU-BROUTIN

Kuntheak KHENG

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Yanxia HOU-BROUTIN

CNRS - DSM/INAC/SyMMES/CREAB

04 38 78 94 78

Directeur de thèse :

Kuntheak KHENG

Universite Grenoble Alpes - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

04 38 78 47 01

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/kuntheak.kheng/

Les nanoparticules offrent des propriétés optiques innovantes dépendant de leur composition, taille ou forme. En particulier, les nanoparticules métalliques ont des propriétés plasmoniques intéressantes lorsque la lumière incidente induit un mouvement collectif des électrons, générant un champ électrique local accru. Les nanocristaux semiconducteurs (boîtes quantiques) quant à eux peuvent être de très bons émetteurs de lumière avec une accordabilité de longueur d'onde du visible au proche infrarouge, et ont déjà trouvé de nombreuses applications dans les dispositifs optoélectroniques, les capteurs optiques ou les sondes d'imagerie biologique. L’assemblage de ces deux composants ensemble peut créer des structures hybrides avec des propriétés optiques sans précédent.



Le but de la thèse sera de : (i) développer l’auto-assemblage de nano-architectures hybrides composées de nanocristaux semiconducteurs liés de façon contrôlée à des nano-bâtonnets d’or au moyen de brins d’ADN, (ii) de caractériser et étudier les propriétés nano-optiques de ces structures hybrides, (iii) d’explorer de possible applications avec certaines structures. Nous chercherons à exploiter le champs électrique local amplifié aux extrémités des nanobatonnets pour modifier/renforcer les propriétés optiques des nanoparticules voisines. Le grand avantage de ces structures est le contrôle précis de la distance inter-particules par les liens ADN, permettant des études approfondies des interactions plasmon-exciton.



Avec cette thèse, le candidat aura l’opportunité de travailler dans un environnement multidisciplinaire large regroupant des chimistes, physiciens et biologistes de deux laboratoires de INAC, SyMMES (Chimie) and PHELIQS (Physique).

Nanocristaux pérovskites coeur-coquille pour les applications en photovoltaïque

SL-DRF-19-0446

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Dmitry ALDAKOV

Peter REISS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Dmitry ALDAKOV

CNRS - CEA/INAC/SyMMES UMR-5819

0438784660

Directeur de thèse :

Peter REISS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

0438789719

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/dmitry.aldakov/

Labo : http://inac.cea.fr/spram/NanoX/index.htm

Les matériaux à base de pérovskites halogénées ont récemment fait sensation dans le domaine de la photovoltaïque et autre application optoélectronique à cause des efficacités très élevées obtenues. Des nanocristaux (NCx) colloïdaux de pérovskites ont très récemment attiré beaucoup d’attention grâce à leurs propriétés optiques uniques, rendement quantique très élevé et la facilité de synthèse. L’utilisation de NCx de pérovskites pour des applications solaires est freinée aujourd’hui par leur toxicité (ils contiennent du Pb) et la manque de stabilité. Dans le cadre de la thèse nous proposons pour la première fois d’adresser ces deux problèmes en synthétisant des NCx de type cœur-coquille avec le cœur en pérovskites inorganiques 3D (à base de Pb et/ou Bi) avec une coquille de pérovskite de faible dimensionnalité cristalline (Cs3Bi2X9 ou similaire 0D, 1D, 2D). La coquille protégera le cœur photoactif et diminuera (ou éliminera) la toxicité. Ces systèmes seront étudiées et caractérisées par des techniques de pointe du CEA et via des collaborations étrangères. Des cellules solaires de type « couche mince » ou « sensibilisée » seront préparées et testées.

Polymères à base de PEDOT auto-dopés pour applications en thermoélectricité

SL-DRF-19-0520

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Jérôme FAURE-VINCENT

Alexandre CARELLA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jérôme FAURE-VINCENT

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

Directeur de thèse :

Alexandre CARELLA

CEA - DRT/DTNM//LSIN

0438781042

Labo : http://inac.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=1147

Résumé :

Les matériaux organiques sont des matériaux d’avenir pour la conversion de chaleur en électricité dans des gammes de température modérées (typ. < 200°C). Par rapport aux matériaux inorganiques généralement utilisés (ex. Bi2Te3), les matériaux organiques présentent les nombreux avantages d’être légers, flexibles, abondants, à bas coût, facilement utilisables sur de larges surfaces et avec des propriétés électroniques ajustables grâce à la chimie. Le développement des matériaux organiques pour la thermoélectricité a réellement débuté au début des années 2010. Il est rapidement apparu que le contrôle du dopage est crucial pour obtenir un facteur de puissance thermoélectrique le plus élevé possible [1].



A partir de l’expertise du LITEN sur le polymère poly-(3,4-éthylène dioxythiophène) (poly-EDOT ou PEDOT) utilisé dans des applications en thermoélectricité [2 ; 3], nous proposons une approche originale permettant de maitriser le taux de dopage intrinsèque des PEDOT à partir de l’alternance de monomères ‘EDOT’, notés ‘M’, et de monomères ‘EDOT fonctionnalisé’, notés ‘F’. Le contrôle du taux de dopage sera effectué grâce à la polymérisation de synthons (briques de base) différents : [F]n (taux de dopage 1:1), [M-F-M]n (taux de dopage 1:3) et [M-M-F-M-M]n (taux de dopage 1:5).



Les propriétés de transport dans ces matériaux nouveaux seront étudiées au laboratoire STEP de l’INAC qui possède une grande expertise dans ce domaine (conductivité et mécanismes de transport électronique). L’influence, notamment, du taux de dopage sur les propriétés thermoélectriques en température (80K-500K) sera mesurée à l’aide de l’équipement Thin Film Analyser de la société LINSEIS récemment acquis par le laboratoire.



Références :

[1] N. Massonnet et al., Journal of Materials Chemistry C, 2014 2 (7), pp. 1278-1283

[2] N. Massonnet et al., Chemical Science, 2015 6 (1), pp. 412-417

[3] M. Gueye et al., Chem. Mater., 2016, 28 (10), pp 3462–3468

Développement de nanofils conducteurs à base d'une matrice d'ADN

SL-DRF-19-0746

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

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Groupe Chimie pour la Reconnaissance et l'Etudes d'Assemblages Biologiques (CREAB)

Grenoble

Contact :

Yoann ROUPIOZ

Didier GASPARUTTO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2019

Contact :

Yoann ROUPIOZ

CNRS - DRF/INAC/SyMMES/CREAB

04 38 78 98 79

Directeur de thèse :

Didier GASPARUTTO

CEA - DRF/INAC/SyMMES/CREAB

04 38 78 45 48

Page perso : https://www.researchgate.net/profile/Didier_Gasparutto

Labo : www.symmes.fr

En raison des dimensions nanométriques de la double hélice d'ADN (diamètre de 2 nm), cette molécule d'origine naturelle apparait comme un chassis prometteur pour la métallisation et la production à bas coûts de nanofils métalliques. Depuis les premières preuves de concept publiées il y a une vingtaine d'année, de nombreux efforts ont été produits pour obtenir des nanofils de plus en plus fin à partir d'une matrice d'ADN, tout en montrant des propriétés de conductivité satisfaisantes. En collaboration avec un autre laboratoire grenoblois (LMGP, INP-Grenoble), nous souhaitons développer une voie alternative pour la production de nanofils d'ADN métallisés par Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposition (AP-SALD). Plusieurs métaux seront utilisés, et en particulier l'or et le cuivre. Ce nanomatériau sera ensuite fonctionnalisé, et conjugué à d'autres biomolécules afin de tirer profit de l'immense surface développée présentée par ces nanostructures. Ce projet de doctorat a donc pour objectif de synthétiser, développer et caractériser un nouveau matériau dont les propriétés intrinsèques seront modulables grâce à l'ADN. Un des objectifs principaux sera alors le design de surfaces greffées par des enzymes, dont les applications seraient de première importance, notamment pour la production de biopiles de nouvelle génération.

Analyse et contrôle de bactéries par microcavité optique

SL-DRF-19-0284

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

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire Silicium Nanoélectronique Photonique et Structures (SINAPS)

Grenoble

Contact :

emmanuel Picard

Pierre R. MARCOUX

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

emmanuel Picard

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/SINAPS

04 38 78 90 97

Directeur de thèse :

Pierre R. MARCOUX

CEA - DRT/DTBS/SBSC/LCMI

04 38 78 15 04

La pression de radiation est la force exercée par la lumière lorsqu’elle rencontre ou traverse un objet. Cette force si petite soit-elle peut permettre de déplacer ou manipuler, à la manière d’une mini pince, des objets de dimension micrométrique. Généralement mis en œuvre au travers d’un microscope, on parle alors de pince optique.

Le laboratoire à une longue expérience dans l’étude des microcavités à cristaux photoniques, il y a été démontré que les microcavités optiques dans la filière SOI, permettent de réaliser un confinement extrêmement efficace du champ électromagnétique, tant du point de vue spectral que spatial. La mise en évidence et la quantification les forces optiques (pression de radiation et gradient) générées par ces microcavités a été obtenue par l'observation du mouvement de particules micrométriques placées en solution à proximité des structures. Il a pu ainsi être démontré que ces systèmes optofluidiques permettent le piégeage, l’assemblage, la manipulation et le tri de micro-nano objets en suspension. Nous avons franchi une étape supplémentaire en réussissant à identifier une bactérie piégée sur le piège grâce à sa signature optique.

Dans le cadre de ce sujet de thèse, nous envisageons de poursuivre ces études en évaluant les potentialités de ces technologies optofluidiques dans le domaine de la biologie cellulaire. Une première étape sera de faire évoluer les composants vers un système intégré permettant de conserver une viabilité cellulaire compatible avec les contraintes des mesures spectroscopiques. L'objectif final de cette thèse sera de proposer un système optofluidique silicium permettant d’analyser et/ou contrôler dynamiquement le comportement d’une cellule en fonction d’agent extérieur (antibiotique, chaleur, nourriture,phage). Les travaux seront conduits en collaboration avec les équipes spécialisées dans les technologies du vivant et de la santé.

Développement de points mémoire SOT-MRAM à anisotropie perpendiculaire

SL-DRF-19-0823

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Gilles GAUDIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-04-2019

Contact :

Gilles GAUDIN

CNRS - INAC/SPINTEC

04 38 78 23 84

Directeur de thèse :

Gilles GAUDIN

CNRS - INAC/SPINTEC

04 38 78 23 84

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

Voir aussi : http://www.spintec.fr/

La miniaturisation des composants, essentielle à l'amélioration des performances des circuits électroniques, s'accompagne aujourd'hui d'une augmentation importante de la consommation énergétique. La nécessité de remplacer les technologies actuelles des composants mémoire par des technologies énergétiquement plus efficaces a favorisé le développement des mémoires magnétiques à accès direct (Magnetic Random Access Memories – MRAM). La technologie à écriture par "couple de transfert de spin" (Spin-Transfer Torque MRAM – STT MRAM) semble très prometteuse en termes de performances mais ne permet pas de remplacer les mémoires les plus rapides. Le laboratoire SPINTEC travaille depuis 2010 sur un concept innovant, appelé SOT-MRAM, dans lequel l’écriture de l’information est réalisée via un phénomène physique appelé « interaction spin-orbite » et qui permettrait de réaliser des mémoires embarquées très rapides de l'ordre du GHz. Néanmoins des défis technologiques majeurs restent à relever pour atteindre l’objectif final : l’industrialisation de la technologie SOT-MRAM. C'est dans ce contexte que s'est créée la société Antaios en 2017 et que s'inscrit ce sujet de thèse. Ce travail portera plus spécifiquement sur le développement de cellules mémoire SOT-MRAM avec une configuration perpendiculaire de l'aimantation. L’objectif du projet est de rendre cette configuration déterministe tout en conservant de bonnes performances (vitesse, endurance, rétention…).

Développement et caractérisation de biocapteurs innovants sur fibres optiques : application à la détection de cellules/bactéries

SL-DRF-19-0474

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

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Groupe Chimie pour la Reconnaissance et l'Etudes d'Assemblages Biologiques (CREAB)

Grenoble

Contact :

Elodie BIDAL

Arnaud BUHOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Elodie BIDAL

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SyMMES/CREAB

+33 4 38 78 32 74

Directeur de thèse :

Arnaud BUHOT

CEA - DRF/INAC/SyMMES/CREAB

04 38 78 38 68

Labo : http://inac.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=29

Les fibres optiques constituent un dispositif peu invasif communément utilisé en médecine pour imager des tissus in vivo par endoscopie. En ce qui concerne l'analyse in vitro, les biopuces sont couramment utilisés pour la détection multiparamétrique de divers composés biologiques. L’objectif de la thèse est de coupler ces deux technologies afin de développer un nouvel outil capable de réaliser une analyse moléculaire et/ou cellulaire à distance, in situ, en temps réel, sans marquage et multiplexée. Appliqué à la détection de cellules au sens large (cellules, bactéries, levures, champignons), ce nouvel outil pourrait être exploité dans divers applications : analyse d’une goutte de sang à domicile, diagnostic in vivo via l’identification de pathogènes à l’intérieur du corps humain, prévention des maladies nosocomiales à travers la surveillance du développement de bactéries dans des dispositifs médicaux impliquant des tubes étroits (drain, cathéter, sonde urinaire…), contrôle qualité (détection de bactéries dans des équipements difficiles d’accès).

L’approche proposée repose sur l’utilisation d’un réseau de fibres optiques (assemblage multifibre) microstructuré et fonctionnalisé avec des sondes biologiques sur une extrémité. Les méthodes de détection seront basées sur des phénomènes optiques (interférométrie, résonance des plasmons de surface, autofluorescence). Le/la doctorant(e) participera aux étapes de modélisation, d’élaboration et de caractérisation des biocapteurs. Il/elle participera ensuite à la mise en œuvre des biocapteurs pour l’application à la détection de bactéries ou de cellules.

Etude des propriétés physiques des skyrmions magnétiques en vue d’applications de type capteur

SL-DRF-19-0610

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Claire BARADUC

Hélène BEA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Claire BARADUC

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 42 35

Directeur de thèse :

Hélène BEA

UGA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 08 46

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

Les skyrmions sont des bulles magnétiques chirales dans lesquelles l'aimantation tourne selon une cycloïde. Ils peuvent apparaître dans des tricouches métal lourd/ferromagnétique/oxyde présentant une interaction d’interface (Dzyaloskinskii-Moriya). Cette interaction rend les skyrmions stables, moins sensibles aux défauts que les parois de domaines habituelles et facilement déplaçables par courant électrique. Ils suscitent actuellement un fort engouement car ils pourraient être utilisés dans des composants spintroniques de type mémoire ou logique magnétique.

Il a déjà été montré que leur taille est modulable par champ magnétique. Nous avons de plus récemment observé dans des films ultra-minces que leur taille et densité est également modulée par une tension de grille, conduisant à la réalisation d'un interrupteur à skyrmion [1]. Ce nouveau degré de liberté permettrait une multifonctionnalité des dispositifs et un meilleur contrôle de leurs propriétés magnétiques.



Pour développer des dispositifs à base de skyrmions, les objectifs de cette thèse expérimentale seront :

- de comprendre et contrôler les différentes contributions à l’interaction de Dzyaloshinskii-Moriya en jouant sur les matériaux et à l’aide d’un support théorique de chercheurs du laboratoire.

- d’optimiser grâce à une étude matériau la sensibilité des skyrmions à une tension de grille ainsi que leur stabilité en température. En effet, la fonctionnalité d’un dispositif doit être maintenue dans la gamme de température nécessaire aux applications.

- de caractériser la signature électrique des skyrmions en utilisant la microscopie magnéto-optique couplée à des mesures de transport. Cette signature est importante pour mesurer l’état du dispositif et cela constitue encore un défi, les signaux actuellement mesurés étant encore faibles.

- enfin, de tester le potentiel de ces skyrmions dans des dispositifs de spintronique







[1] M. Schott et al. Nano Lett., 17, 3006 (2017)

Explorer la scalabilité de la spintronique 3D

SL-DRF-19-0613

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Olivier FRUCHART

Ioan Lucian PREJBEANU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Olivier FRUCHART

CNRS - IRIG-Spintec

0684206871

Directeur de thèse :

Ioan Lucian PREJBEANU

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04.38.78.91.43

Page perso : http://inac.cea.fr/Phocea/Pisp/index.php?nom=ioan-lucian.prejbeanu

Labo : www.spintec.fr

Voir aussi : http://inac.cea.fr/Pisp/olivier.fruchart/

La microélectronique classique atteint ses limites en matière de miniaturisation, à la fois pour des raisons technologiques ou scientifiques. Les mémoires magnétiques à accès aléatoire, basées sur des jonctions tunnel magnétiques stockant et lisant des bits d’information, sont des composants émergents clés des technologies de l'information et de la communication. Ils ont une pertinence immédiate pour les mémoires cache de processeurs et de mémoires de masse à faible consommation et à haute vitesse. À l'instar d'autres technologies, des méthodes sont recherchées pour concevoir des dispositifs tridimensionnels et permettre ainsi une évolutivité à long terme en termes de densité surfacique.

La miniaturisation de cellules MRAM individuelles inférieures à 10 nm de taille latérale a été récemment démontrée dans notre laboratoire. Le but de cette thèse est d’ouvrir la voie à l’intégration de ce concept dans un processus technologique viable, compatible avec une densité de surface élevée et une production de masse. Le principe repose sur le remplissage d'interconnexions verticales semi-conductrices avec un matériau magnétique, pour servir de cellule de stockage. Les premières étapes consisteront en la caractérisation structurelle, magnétique et électrique de telles interconnexions. À l’échelle du programme de doctorat, les travaux seront étendus à une cellule de mémoire entièrement fonctionnelle, ce qui permettra de relever les défis fondamentaux et technologiques. Ce sujet est une action commune de Spintec et de LETI.

Formation and stabilization of size-controlled graphene nanopores for gas filtration application

SL-DRF-19-0879

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

Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM)

Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA)

Grenoble

Contact :

Hanako OKUNO

Gilles CUNGE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Hanako OKUNO

CEA - DRF/INAC/MEM/LEMMA

04 38 78 20 73

Directeur de thèse :

Gilles CUNGE

CNRS - CNRS/LTM

0438782408

The introduction of nanoscale pores in graphene has attracted much attention for a large variety of applications that involve water purification, gas filtration, chemical separation, and DNA sequencing. Graphene has been proposed as an effective separation membrane. Removing carbon atoms to form size-controlled nanopores, size-selective separation membrane might be possible based on the molecular sieving effects.

In this Thesis project, we aim at studying formation mechanism and edge natures of sub-nanometer size nanopores in graphene for gas filtration membrane application. The final objective is to realize size-controlled stable nanopores in graphene monolayers using plasma technology and to integrate the developed nanopore formation process into gas filtration membrane technology to test their selectivity especially on hydrogen separation.

Hétéro-déformations dans les couches de graphene tournées

SL-DRF-19-0044

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

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (LATEQS)

Grenoble

Contact :

Claude CHAPELIER

Vincent Renard

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Claude CHAPELIER

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

0438783905

Directeur de thèse :

Vincent Renard

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/vincent.renard/

Labo : http://inac.cea.fr/Pisp/vincent.renard/GroupSite/index.php

De nouveaux états de la matière liées à une forte interaction électron-électron (supraconductivité, isolant de Mott) ont récemment été observés dans des empilement de graphène où il existe une rotation entre les couches. A un angle bien particulier dit "magique" l'interaction électron-électron est en effet fortement augmentée dans ce système. C'est une résultat important car cela constitue le premier système formé entièrement et uniquement de carbone pour lequel cette physique apparaît. Nous avons récemment montré que les propriétés électroniques de ce type de système dépendent aussi fortement des déformations relatives entre les couches de graphène, un effet que nous avons appelé heterostrain en anglais. L’objectif de ce stage qui sera poursuivi par une thèse est de contrôler et d'étudier par microscopie à effet tunnel les effets de l'heterostrain à la recherche de nouveaux états de la matière dans ce système

Imagerie magnétique au TEM de nanotubes pour l’électronique de spin

SL-DRF-19-0867

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Olivier FRUCHART

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Olivier FRUCHART

CNRS - IRIG-Spintec

0684206871

Directeur de thèse :

Olivier FRUCHART

CNRS - IRIG-Spintec

0684206871

Page perso : https://cv.archives-ouvertes.fr/olivier-fruchart

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

Voir aussi : http://fruchart.eu

L'objectif du stage est l'étude par microscopie électronique en transmission (TEM) de nanotubes magnétiques synthétisés par voie chimique. Nous étudions ceux-ci comme objets modèles pour explorer le concept de stockage d’information dans un média magnétique 3D, basé sur la propagation de parois magnétiques. Une étude physico-chimique du matériau et par imagerie magnétique à l'échelle du nanomètre permettront d’explorer et comprendre l’arrangement en domaines et parois de domaines magnétiques de ces systèmes, dont nous maitrisons la synthèse depuis peu.

Les techniques expérimentales mises en œuvre seront l'analyse chimique et structurale par diffraction électronique et imagerie haute résolution ainsi que l'imagerie magnétique et l'holographie électronique. L'étudiant devra réaliser la préparation des échantillons pour la microscopie électronique, le montage d'un dispositif en vue d'une observation dans le microscope.

La microscopie sera menée en collaboration avec le INAC-MEM-LEMMA et le LETI. Le sujet comprend également un volet de traitement, interprétation des données et simulations micromagnétiques, effectuées avec le groupe de simulation du laboratoire SPINTEC / NEEL et permettront d'interpréter nos résultats.

Interconversion spin-charge par couplage spin-orbite aux interfaces Rashba et aux surfaces d'isolants topologiques

SL-DRF-19-0884

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 : 01-09-2019

Contact :

Laurent VILA

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438780355

Directeur de thèse :

Jean-Philippe ATTANE

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438784326

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/jean-philippe.attane/

Labo : www.spintec.fr

La conversion d’un courant de charge classique en un courant de spin, porteur non pas de charges mais de moment angulaire, peut être basée sur le couplage spin-orbite dans des systèmes non magnétiques. Depuis une dizaine d'années, l'utilisation de ce couplage a provoqué une transformation radicale de l'électronique de spin.

D'une part, alors que la spintronique conventionnelle utilise l'interaction d'échange dans un matériau ferromagnétique pour manipuler des courants de spin, le couplage spin-orbite peut désormais être utilisé pour générer ou détecter des courants de spin, éventuellement en l'absence de tout élément ferromagnétique. Des effets de transport dépendant en spin peuvent être ainsi observés dans de très larges gammes de matériaux et d'interfaces: métaux, oxydes, semiconducteurs, interfaces rashba, isolants topologiques, matériaux 2D...

D'autre part, la source/détecteur de courant de spin peut être placée en contact direct avec un matériaux ferromagnétique, alors que les empilements de type magnétorésistance géante nécessitent l’utilisation d’espaceurs, c’est-à-dire de matériaux séparants les deux couches ferromagnétiques. Grâce à cette proximité, le courant de spin généré dans le matériau spin-orbite va permettre de manipuler électriquement la direction d'aimantation du matériau ferromagnétique, par effet de transfert de spin. Le courant circule dès lors le long des couches et des interfaces, plutôt que transversalement comme dans les structures à magnétorésistances géantes ou tunnel. Cette configuration permet d'accroître l'efficacité de transfert de spin, et d'adopter des géométries de nanodispositifs innovantes.

Manipulation de skyrmions magnétiques dans des nanostructures magnétiques ultrafines

SL-DRF-19-0862

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Olivier BOULLE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Olivier BOULLE

CNRS - DSM/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 21 56

Directeur de thèse :

Olivier BOULLE

CNRS - DSM/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 21 56

Labo : www.spintec.fr

La découverte récente de structures magnétiques de taille nanométrique appelées skyrmions magnétiques a ouvert une nouvelle voie pour manipuler l'aimantation à l'échelle nanométrique[1,2]. Les skyrmions magnétiques se caractérisent par une structure de spin chirale et topologiquement non triviale, c'est-à-dire que leur texture d’aimantation ne peut pas être transformée de manière continue vers l'état uniforme sans entraîner une singularité (voir figure 1). Les skyrmions peuvent également être manipulés par des courants électriques dans le plan, ce qui a conduit à de nouveaux concepts de mémoires magnétiques non volatiles et de dispositifs logiques où les skyrmions dans des nanopistes codent d'information. La taille nanométrique des skyrmions, combinée à la faible densité de courant nécessaire pour induire leur mouvement, ouvre la voie à des dispositifs avec une combinaison sans précédent de haute densité de stockage, de grande rapidité d’exécution et de faible consommation d'énergie. Bien que prévus à la fin des années 1980, des skyrmions magnétiques ont été observés pour la première fois en 2009 dans des films minces d'aimants chiraux B20 et plus tard dans des films épitaxiaux ultrafins à basse température. Récemment, des skyrmions magnétiques ont été observés à température ambiante dans des films minces ultrafins pulvérisés, ce qui constitue un premier pas vers la réalisation pratique de dispositifs logique et mémoire basés sur les skyrmions. En particulier, Spintec a récemment démontré des skyrmions magnétiques à température ambiante de taille de l’ordre de la 100 nm dans des nanostructures ultra-minces de Pt/Co/MgO à champ magnétique externe nul[3] ainsi que leur manipulation par des courants électriques. L'objectif de la thèse sera de faire progresser les connaissances fondamentales en vue d'applications technologiques pour la mémoire et la logique. En particulier, il s’agira de développer des systèmes de matériaux nouveaux et inexplorés pour obtenir des skyrmions à l'échelle nm stables à température ambiante et permettre leur manipulation rapide et fiable par le courant. Cette thèse expérimentale s’appuiera sur l’ensemble des méthodes et techniques expérimentales utilisées pour la mise au point et la caractérisation de dispositifs spintronique : dépôt par pulvérisation cathodique, caractérisation magnétique, nanofabrication, caractérisation par magnéto-transport et par microscopie magnétique (MFM), expériences de microscopie magnétique haute-résolution basée sur les rayons X, STXM ou XMCD-PEEM dans différents synchrotrons européens.

[1] A. Fert, V. Cros, and J. Sampaio, Nat. Nanotechnol. 8, 152 (2013) [2] N. Nagaosa and Y. Tokura, Nat. Nanotechnol. 8, 899 (2013) [3] O. Boulle et al., Nat. Nanotechnol. 11, 449 (2016).

Modélisation de portes à deux qubits silicium

SL-DRF-19-0088

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

Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM)

Laboratoire de Simulation Atomistique (L_Sim)

Grenoble

Contact :

Yann Michel NIQUET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Yann Michel NIQUET

CEA - DRF/INAC/MEM/L_Sim

04.38.78.43.22

Directeur de thèse :

Yann Michel NIQUET

CEA - DRF/INAC/MEM/L_Sim

04.38.78.43.22

Page perso : https://www.quantumsilicon-grenoble.eu/team/dr-yann-michel-niquet/

Labo : http://inac.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=12

Voir aussi : https://www.researchgate.net/project/Silicon-qubits

Des "ordinateurs quantiques" seront peut-être un jour capables de résoudre des problèmes hors de portée des ordinateurs classiques. De tels ordinateurs ne manipulent plus seulement les électrons comme des particules, mais aussi comme des ondes qui entretiennent des relations de phase et qu'il est donc possible de faire interférer. La préparation, la manipulation cohérente et la "lecture" d'états quantiques posent d'immenses défis. L'une des options prometteuses pour réaliser des "bits quantiques" (qubits) consiste à détourner des transistors MOS silicium pour y stocker quelques électrons et manipuler leur spin. Le CEA fabrique et caractérise de tels dispositifs, et développe des outils adaptés à leur modélisation. L'objectif de cette thèse sera d'étudier la dynamique de portes à deux (ou plus) qubits en résolvant l'équation de Schrödinger dépendante du temps en présence d'interactions électroniques dans une géométrie réaliste (réseaux 1D et 2D de qubits). Il s'agira de comprendre la physique des interactions entre qubits, d'identifier les facteurs limitant la fidélité des opérations quantiques élémentaires (bruit, phonons, ...), et de proposer des solutions innovantes tant au niveau du design des dispositifs que des protocoles de manipulation. Cette étude sera menée en étroite collaboration avec les équipes de physique expérimentale du CEA et du CNRS travaillant sur le sujet, dans le cadre du projet européen ERC Synergy quCUBE et du projet ANR MAQSi.

Propagation de parois dans des couches minces de Mn4N

SL-DRF-19-0006

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 : 01-12-2018

Contact :

Laurent VILA

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438780355

Directeur de thèse :

Jean-Philippe ATTANE

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438784326

Les matériaux ferromagnétiques à base de terres rares présentant une anisotropie perpendiculaire ont récemment suscité un grand intérêt pour les applications spintroniques. En effet, leur faible valeur d'aimantation permet de réduire les courants critiques nécessaires pour induire un renversement d'aimantation, en utilisant soit des couples de transfert de spin, soit des couples spin-orbite. Nous étudierons le mouvement de la paroi de domaine induit par le courant dans un système alternatif sans terres rares, Mn4N / STO. Nous avons déjà montré que ce système présente des propriétés étonnantes: une structure de domaine magnétique géante et inédite, à l'échelle millimétrique, avec une rémanence complète, une nucléation rare et une commutation de magnétisation nette. Ces propriétés, associées à une très faible magnétisation et à une grande anisotropie magnétique perpendiculaire, soulignent le potentiel des couches de Mn4N / STO pour les applications spintronique. La propagation de la paroi de domaine sera étudiée via des mesures de MOKE et de transport. La croissance de l'échantillon se fera au Japon.

Réalisation de diodes électroluminescentes à base de nanofils d’AlN pour l’émission UV C

SL-DRF-19-0374

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

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Nano Physique des Semi-Conducteurs (NPSC)

Grenoble

Contact :

Bruno GAYRAL

Bruno DAUDIN

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Bruno GAYRAL

CEA - DSM/INAC/SP2M/NPSC

0438782673

Directeur de thèse :

Bruno DAUDIN

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

04 38 78 37 50

La convention de Minamata a pris effet le 16 août 2017, avec l’objectif de bannir progressivement l’usage du mercure et des dispositifs utilisant du mercure. Ceci concerne directement les lampes à mercure qui constituent la principale source de rayonnement UV pour une large gamme d’applications telles que l’assainissement de l’air et de l’eau, certaines applications médicales dont le traitement du psoriasis etc…. Les besoins croissants en ce domaine devraient soutenir l’émergence à la fois d’un marché en rapide expansion et d’une activité de recherche soutenue pour la mise au point de sources sûres et « vertes » de radiation UV dans la gamme 260-280 nm.

Les diodes électroluminescentes (LEDs) à base d’AlGaN présentent les caractéristiques idéales pour remplir cette fonction dans la gamme de l’UV B (320-280 nm) ainsi que dans une large fraction de l’UV C (280-200 nm). Cependant, l’excellente efficacité quantique externe (EQE) des LEDs dans le proche UV et dans le visible se dégrade rapidement pour des longueurs d’onde inférieures à 365 nm. Ainsi les meilleures LEDs actuellement disponibles dans l’UV B et l’UV C présentent une EQE de l’ordre de 10%. Au nombre des facteurs limitant, on notera la grande densité de défauts structuraux étendus, les limitations du dopage électrique et de l’extraction de lumière.

Ces limitations peuvent être surmontées dans une très large mesure par l’utilisation de nanofils. De fait, l’absence de défauts étendus dans les nanofils, une solubilité limite des dopants électriques plus élevée que dans les couches et une morphologie favorable à l’extraction de lumière les rendent particulièrement pertinents pour la réalisation de LEDs efficaces dans l’UV C. Le groupe du CEA-INAC en collaboration avec l’Institut Néel (CNRS) a ainsi pu démontrer récemment la réalisation d’une LED à base de nanofils d’AlN sur la base du fort dopage de type p obtenu par codopage avec de l’Indium et qui constitue une première mondiale ouvrant la voie à un nouveau concept de LEDs pour l’UV.

L’objectif de la thèse sera d’amplifier les résultats préliminaires obtenus et de réaliser un démonstrateur pré-industriel optimisé. La croissance des hétérostructures filaires sera réalisée par épitaxie par jets moléculaires au laboratoire CEA-Grenoble INAC/PHELIQS-NPSC qui étudiera également leurs propriétés structurales et optiques. Une collaboration avec l’Institut Néel permettra la caractérisation électrique des dispositifs dont le process ainsi que les mesures d’électroluminescence et de rendement seront assurées en aval par le CEA-LETI DOPT, les différents partenaires étant intégrés dans une boucle de « feedback » pour faciliter l’optimisation des dispositifs.



Le candidat devra avoir un master 2, spécialité Nanosciences ou équivalent, et présenter un goût marqué pour la physique expérimentale, la croissance de matériau et la caractérisation.



capteur magnétique ultra-sensible pour l'exploration spatiale

SL-DRF-19-0799

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Claire BARADUC

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Claire BARADUC

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 42 35

Directeur de thèse :

Claire BARADUC

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 42 35

L’objectif est de développer un magnétomètre miniature et ultra-sensible pour les missions spatiales. En effet, la mesure du champ magnétique dans l'espace est essentielle pour étudier l'héliosphère et les planètes du système solaire. Un nouveau concept d’instrument, beaucoup plus petit et léger que les instruments actuels, a été développé en collaboration entre un laboratoire de mesures spatiales et notre laboratoire de spintronique. Le magnétomètre est basé sur une architecture innovante qui comprend 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 mesure.



Les travaux de thèse se concentreront sur le développement d'une jonction tunnel magnétique innovante, en étudiant l'impact des matériaux choisis et de la géométrie de la jonction, ainsi que sur la maximisation du rapport signal/bruit de l’élément sensible du capteur. Un prototype du capteur complet devrait être réalisé à la fin du doctorat. Ces études s'appuieront sur les résultats déjà obtenus et valorisés par des brevets. Le travail sera majoritairement expérimental (microfabrication en salle blanche, caractérisation électrique et magnétique, mesures de bruit, imagerie magnétique) mais inclura également de l’analyse et des simulations numériques.

Étude théorique de matériaux et systèmes magnétocaloriques avancés

SL-DRF-19-0472

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 : 01-10-2019

Contact :

Mike ZHITOMIRSKY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.43.30

Directeur de thèse :

Mike ZHITOMIRSKY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.43.30

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. A ce jour, 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.

Bits quantiques CMOS enrichis en silicium 28

SL-DRF-19-0818

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (LATEQS)

Grenoble

Contact :

Romain MAURAND

Xavier JEHL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-05-2019

Contact :

Romain MAURAND

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

0438783732

Directeur de thèse :

Xavier JEHL

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

0438789045

Notre laboratoire a mis au point un bit quantique de spin fabriqué en partenariat étroit avec le CEA-Leti dans une plateforme microélectronique CMOS quasi-industrielle. Un gros effort est en train d'être réalisé pour fabriquer et coupler un grand nombre de ces bits quantiques. Il faut cependant en parallèle continuer à améliorer les performances de chacun de ces bits, notamment en terme de cohérence.

La source principale de décohérence pour les spins est aujourd'hui identifiée: il s'agit des spins nucléaires portés par le seul isotope du silicium qui en possède un, à savoir le Si29, présent à hauteur d'environ 5% dans le silicium naturel.

Pour cette raison nous avons fabriqué et aurons à disposition dès le début de cette thèse des échantillons enrichis en Si28. Nous espérons obtenir un gain très substantiel en termes de temps de cohérence.

Ce travail de thèse consistera à mesurer de façon rigoureuse et systématique les propriétés de cohérence et leur variabilité dans ces échantillons purifiés, et identifier de façon détaillée les mécanismes de décohérence et les moyens de les supprimer.

Les mesures seront effectuées dans un nouveau réfrigérateur à dilution “sec” dédié à ces études et installé dans un nouveau laboratoire.

Nanostructures hybrides Supraconducteur / Semiconducteur à base de Germanium pour l’information quantique

SL-DRF-19-0565

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (LATEQS)

Grenoble

Contact :

Silvano DE FRANCESCHI

Francois LEFLOCH

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Silvano DE FRANCESCHI

CEA - LATEQS

04 38 78 54 80

Directeur de thèse :

Francois LEFLOCH

CEA - DRF/INAC

0438784822

Les trous dans le germanium ont l’avantage de présenter à la fois un très fort couplage spin-orbite, ce qui permet un contrôle rapide entièrement électrique de leurs spins, et une faible barrière Schottky avec plusieurs métaux supraconducteurs, ce qui permet la réalisation de dispositifs électroniques hybrides supraconducteur/semiconducteur. Ces propriétés restent aujourd’hui largement inexploitées.

Le but de ce projet est d’étudier des nanostructures à base de gaz 2D de trous dans le germanium dans la perspective : i) d’isoler des spins individuels dans des points quantiques pour les contrôler électriquement par des grilles ii) de connecter ces nanostructures avec des électrodes supraconductrices pour faire des structures hybrides supraconducteur / semiconducteur de bonne qualité, ce qui est décisif pour une certain nombre de réalisations de qubits hybrides supraconducteurs (notamment le « GATEMON » : gate-tunable transmon).

Deux types de couches de germanium seront étudiés : des couches de Ge enterrées de haute mobilité (puits quantiques Ge avec contrainte dans une hétérostructure Ge/Ge0.8Si0.2) et des couches de Ge sur isolant (GeOI).

De plus, le couplage spin-orbite permettra d’explorer la physique des états topologiques notamment en présence de contacts supraconducteurs. Dans cette situation particulière les conditions seront réunies pour mettre en évidence et confirmer l’existence de fermions de Majorana.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet DRF-Impulsion SUPER-G et de l'ANR TOPONANO

Ce projet de thèse inclura du temps de nanofabrication en salle blanche avec notamment l’utilisation d’un masqueur électronique et des mesures à très basse température sur des cryostats dédiés

Etude d’un panel de biomarqueurs dans l’air exhalé chez l’homme, en vue d’une application pour la surveillance de l’exposition respiratoire aux nanoparticules.

SL-DRF-19-0525

Domaine de recherche : Toxicologie
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Chimie Interface Biologie pour l’Environnement, la Santé et la Toxicologie (CIBEST)

Grenoble

Contact :

Caroline Desvergne

Jean-Luc RAVANAT

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

Contact :

Caroline Desvergne

CEA - DRT/CEAGRE/SMR/LBM

04 38 78 48 83

Directeur de thèse :

Jean-Luc RAVANAT

CEA - DRF/INAC/SyMMES/CIBEST

0438784797

Labo : http://www.nanosafety-platform.com/cea-tech/pns/Pages/offre-pns/Equipements/lbm.aspx

Voir aussi : http://inac-i.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=1233

L’utilisation des nanoparticules (NP) manufacturées est en essor constant dans les secteurs de la recherche et de l’industrie au niveau international alors que leur toxicité n’est pas encore clairement élucidée. La pollution particulaire ultrafine est quant à elle largement incriminée dans les effets respiratoires et cardiovasculaires des populations. Les mesures atmosphériques sont indispensables pour évaluer l’exposition mais doivent être complétées par une approche biologique, la seule permettant l’évaluation de la dose interne réellement absorbée par l’organisme et des effets biologiques potentiels. Au niveau respiratoire, le condensat d’air exhalé présente le double intérêt d’être représentatif d’une exposition par inhalation et d’être recueilli de façon simple et non-invasive. Le projet proposé vise à développer une méthode d’analyse simultanée innovante d’un panel de biomarqueurs (stress oxydant, inflammation) dans l’air exhalé, en utilisant la chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse en mode tandem (HPLC-MS/MS). La méthode finale sera testée sur des volontaires et groupes de sujets d’intérêt, afin d’évaluer son adéquation pour la surveillance de l’exposition aux nanoparticules chez l’homme.

 

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