Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 27-04-2017

5 sujets INAC

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• Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux

 

Auto-organisation dans des couches minces magnétiques élaborées par sol-gel

SL-DRF-17-0122

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

Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM)

Laboratoire Nanostructures et Rayonnement Synchrotron (NRS)

Grenoble

Contact :

Christine REVENANT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Christine REVENANT

CEA - DRF/INAC/MEM/NRS

04.38.78.97.81

Directeur de thèse :

Christine REVENANT

CEA - DRF/INAC/MEM/NRS

04.38.78.97.81

Voir aussi : https://www.researchgate.net/profile/Christine_Revenant

Voir aussi : http://ceasciences.fr/institut/?id=58

Voir aussi : http://liten.cea.fr/cea-tech/liten

Le contexte scientifique est l’auto-organisation dans les couches minces qui est actuellement un important domaine de recherche. Une voie prometteuse consiste à organiser différents constituants dans des couches minces mésoporeuses élaborées par sol-gel. Les avantages de ce procédé sont sa simplicité, la possibilité de dépôt sur de grandes surfaces, même flexibles, et son faible coût. Récemment, nous avons mis en évidence des nanoparticules auto-organisées dans de telles couches minces semiconductrices. A présent, nous souhaitons appliquer notre expertise au cas de couches minces magnétiques.

Le travail proposé est l’étude de la structure, de la morphologie et des propriétés de couches minces magnétiques élaborées par sol-gel. En pratique, l’étudiant élaborera les échantillons puis réalisera les mesures électriques au CEA/LITEN et les caractérisations magnétiques au CEA/LETI. L’étude structurale se fera à l’INAC à l’aide de microscopie électronique avancée et de techniques de rayons X de laboratoire ou de rayonnement synchrotron, notamment à l’ESRF.

Les résultats attendus sont la compréhension de l’organisation de la porosité et des constituants dans ces couches minces et la mise en évidence des paramètres qui la régissent. Ainsi, de nouveaux dispositifs pourront être envisagés notamment dans le domaine magnétique.

Caractérisation structurale avancée à l'échelle atomique de matériaux fonctionnels

SL-DRF-17-0314

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

Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM)

Laboratoire de Résonance Magnétique (RM)

Grenoble

Contact :

Daniel LEE

Gaël DE PAEPE

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

Contact :

Daniel LEE

CEA - DRF/INAC/MEM/RM

0438786584

Directeur de thèse :

Gaël DE PAEPE

CEA - DRF/INAC/MEM/RM

04 38 78 65 70

Voir aussi : http://inac.cea.fr/Pisp/daniel.lee/

Voir aussi : http://inac.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=1111

INAC (Institute for Nanoscience and Cryogenics, CEA Grenoble) has a PhD opening for a physicist/chemist. This position will deal with the development and implementation of an emerging and powerful atomic-level characterization technique, namely high magnetic field Dynamic Nuclear Polarization (DNP), thus bridging fundamental and application-driven research. DNP is used to hyperpolarize nuclei such that high sensitivity can be attained for solid-state NMR (Nuclear Magnetic Resonance) experiments, allowing the extraction of important structural information, such as surface functionalization and internuclear distances, as well as crystallographic data.



Since the potential of this technique is only just beginning to be realized, and mainly for organic-based systems, the aim of this PhD will be to further develop the methodology and apply it to characterize functional (nano)materials of significant importance for both CEA as well as external collaborators/industry, which could not have been otherwise investigated in such a manner. The studied materials will arise from diverse but related fields including fuel cells (CEA/INAC), photovoltaics (CEA/INAC + external), hybrid organic/inorganic polymers (CEA/LETI + industry), and functionalized nanoparticles (CEA/LITEN).



This PhD will take place in the highly dynamical environment of the MINATEC campus (CEA Grenoble) and more specifically in the nanocharacterization platform (PFNC) where the DNP group, in collaboration with Bruker Biospin (world leader in DNP and NMR instrumentation), is currently pushing the development and use of DNP far beyond its current state-of-the-art. The group is working with the first high-field DNP system installed in France (since September 2011) and has successfully conducted theoretical, methodological, and instrumental developments over the last 5 years.



The work of the PhD candidate represents an interdisciplinary project that will involve:

- mastering sample preparation for DNP of the various systems under investigation (30 %)

- performing spin-dynamics simulations to improve NMR methodology (20 %)

- conducting advanced solid-state MAS-DNP experiments (50 %)

The PhD candidate will thus attain an understanding of quantum mechanics for the spin dynamics at stake in MAS-DNP experiments and for the development and implementation of innovative pulse sequences. A sound knowledge of chemistry and materials science will also be acquired as commanding DNP sample preparation and data interpretation will be paramount to the success of the project.

Corrélation structure-propriétés dans les matériaux pérovskites hybrides pour le photovoltaïque

SL-DRF-17-0971

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

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

Laboratoire d'Electronique Moléculaire, Organique et Hybride (LEMOH)

Grenoble

Contact :

Stéphanie POUGET

Peter REISS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Stéphanie POUGET

CEA - DRF/INAC/MEM/SGX

04 38 78 54 63

Directeur de thèse :

Peter REISS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/LEMOH

0438789719

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

In the last five years solar cells based on hybrid perovskites have gained a tremendous research interest. This is principally due to the spectacular evolution of their power conversion efficiency, reaching more than 22% today, and to the possibility of low cost processing. On the other hand, the parameters governing the electronic properties of the hybrid perovskites as a function of their chemical structure and of the mechanisms determining the solar cell device operation are still poorly understood. Only by addressing these points it will be possible to leverage current challenges related to the limited long-term stability of perovskite solar cells and to the substitution of toxic lead in their composition.

In this context our team allies complementary competences spanning from advanced materials characterization using laboratory techniques and large infrastructures (ESRF, ILL) to the realization and test of photovoltaic devices on the Hybrid-EN platform. The present thesis builds on our experience with hybrid perovskite solar cells, which we acquired in the past 2-3 years.

Propriétés catalytiques du graphène dopé pour des applications aux énergies renouvelables : une étude théorique

SL-DRF-17-0688

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

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

Laboratoire de Reconnaissance Ionique et Chimie de Coordination

Grenoble

Contact :

Steven BLUNDELL

Pascale MALDIVI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Steven BLUNDELL

CEA - DRF/INAC/SyMMES/RICC

04 38 78 59 39

Directeur de thèse :

Pascale MALDIVI

CEA - DRF/INAC/SyMMES/RICC

04 38 78 53 03

Le graphène est un nouveau nanomatériau bidimensionnel, synthétisé pour la première fois en 2004, qui a généré énormément d’excitation à cause de ses propriétés remarquables, y compris une mobilité très élevée des porteurs chargés. Récemment, on s’est rendu compte que des dérivés du graphène peuvent être aussi des catalyseurs très efficaces exempts de métaux, qui sont moins chers, plus résistants et plus facilement synthétisés que les catalyseurs conventionnels à base de métaux nobles, p.ex. le platine. Beaucoup d’applications aux énergies alternatives sont actuellement poursuivies activement, y compris aux piles à combustible et aux batteries lithium-ion. Cependant, les mécanismes des processus catalytiques sont mal compris et on a toujours besoin d’une optimisation importante des matériaux pour des applications pratiques.



Pendant cette thèse, nous étudierons les propriétés catalytiques de diverses formes du graphène dopé par des approches modernes de pointe de structure électronique et de simulation atomistique, qui sont capables de donner des aperçus au niveau atomique difficilement accessibles par des expériences. La thèse visera principalement l’utilisation du graphène dopé comme catalyseur pour les piles à combustible, pour lesquelles l’étape limitante est invariablement la réaction de réduction de l’oxygène (ORR) à la cathode. En nous servant des approches en fonctionnelle de la densité (DFT), nous analyserons les modifications de structure électronique induites par des défauts et des atomes d’impureté, nous calculerons les barrières énergétiques et les chemins de réaction pour l’ORR sur la surface du graphène, et nous déterminerons les sites catalytiques favorisés. Les impuretés que nous considérerons incluront l’azote et d’autres actuellement étudiées par des équipes expérimentales dans notre laboratoire, avec lesquelles on entretient une collaboration étroite.

Élaboration de microparticules magnétiques biocompatibles pour la destruction de cellules cancéreuses

SL-DRF-17-0029

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Robert MOREL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Robert MOREL

CEA - INAC/SPINTEC

04.38.78.55.03

Directeur de thèse :

Robert MOREL

CEA - INAC/SPINTEC

04.38.78.55.03

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

Le laboratoire SPINTEC, du CEA/INAC, propose une thèse sur la mise au point de microparticules magnétiques destinées aux applications biomédicales, avec pour objectif la destruction ciblée de cellules cancéreuses. L’approche que nous développons consiste à déclencher la mort spontanée de cellules cancéreuses par vibration mécanique de ces particules, induite par l’effet d’un champ magnétique tournant externe. Le mécanisme de mort cellulaire reste à élucider, mais pourrait procéder par apoptose lorsque les particules fonctionalisées sont attachées à la membrane cellulaire, ou par nécrose lorsqu’elles sont internalisées.

L’effet anti-tumoral associé aux vibrations mécaniques a été mis en évidence en 2010[1] et, depuis, plusieurs études sur ce sujet ont été menées dans notre laboratoire, notamment sur l’élaboration des particules par des techniques empruntées à la microélectronique[2] et leur fonctionnalisation. Le potentiel d’application de ces particules pour le traitement du cancer a été démontré par des observations in vitro dans une thèse récemment soutenue dans notre équipe.[3] Néanmoins, l’extension des travaux en cours à des études in vivo – pour lesquelles de plus grandes quantités de particules sont requises - nécessite la mise au point d’un nouveau procédé d’élaboration.

La thèse proposée consiste à développer la synthèse par broyage mécanique de particules magnétiques de magnétite, matériau choisi pour sa biocompatibilité. Le projet comprendra 1) l’optimisation des propriétés magnétiques des particules ; 2) la mise au point d’un procédé de fonctionnalisation de la surface de façon à assurer, d’une part, la dispersion des particules en solution et, d’autre part, la sélectivité de l’ancrage sur la membrane de cellules cancéreuses ciblées ; 3) la réalisation des études préalables de toxicité et de réponse mécanique sous excitation magnétique ; 4) les tests in vitro permettant d’évaluer l’efficacité de ces nouvelles particules pour la destruction de cellules cancéreuses ; 5) la participation aux premiers essais in vivo sur des tumeurs de glioblastome utilisant ces particules.

Ce travail sera menée en collaboration avec le service SyMMES de l’INAC pour les études de fonctionnalisation et in vitro, et CLINATEC-Lab – sur le centre CEA-Grenoble – pour les essais in vivo. La formation initiale souhaitée est une formation multidisciplinaire en Nanosciences et Nanotechnologies couvrant à la fois des aspects physiques et biologiques.



[1] “Biofunctionalized magnetic-vortex microdiscs for targeted cancer-cell destruction”, D.-H. Kim, E. A. Rozhkova, I. V. Ulasov, S. D. Bader, T. Rajh, M. S. Lesniak, et V. Novosad, Nat. Mater. 9, 165 (2010).

[2] “Self-polarization phenomenon and control of dispersion of synthetic antiferromagnetic nanoparticles for biological applications”, H. Joisten, T. Courcier, P. Balint, P. Sabon, J. Faure-Vincent, S. Auffret, et B. Dieny, Applied Physics Letters 97, 253112 (2010) ; “Comparison of dispersion and actuation properties of vortex and synthetic antiferromagnetic particles for biotechnological applications”, S. Leulmi, H. Joisten, T. Dietsch, C. Iss, M. Morcrette, S. Auffret, P. Sabon, et B. Dieny, Applied Physics Letters 103, 132412 (2013).

[3] “Destruction de cellules cancéreuses par vibrations magnéto-mécaniques de micro/nano particules magnétiques : Élaboration des particules par approche top-down, biofonctionnalisation et tests in vitro”, S. Leulmi, Thèse de Doctorat, Université Joseph-Fourier, Grenoble (2014). http://www.theses.fr/s94192.

 

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