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Les sujets de thèses

6 sujets INAC

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• Physique du solide, surfaces et interfaces

Capteur de champ magnétique ultra-sensible pour des applications spatiales

SL-DSM-15-0122

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces

Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec

Grenoble

Personne à contacter :

Ioan Lucian PREJBEANU

CEA
DSM/INAC/SPINTEC/SPINTEC

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2015

Personne à contacter :

Ioan Lucian PREJBEANU

CEA - DSM/INAC/SPINTEC/SPINTEC

Directeur de thèse :

Claire BARADUC

CEA - DSM/INAC/SPINTEC

04 38 78 42 35

Voir aussi : www.spintec.fr

Les capteurs magnétiques utilisés actuellement lors de missions spatiales sont des capteurs inductifs de très haute sensibilité capables de mesurer de très faibles variations des champs magnétiques planétaires. Cette très haute sensibilité est cependant obtenue au prix d’un encombrement et d’une masse (150 g/axe)importants, augmentant d’autant le coût de sa mise en orbite. La recherche systématique de solutions pour les réduire a été menée depuis de nombreuses années, mais on atteint aujourd’hui une limite et aucun progrès significatif n’est plus envisageable sans un changement radical de technologie.

L’utilisation de composants issus de l’électronique de spin permettrait de franchir un cap très important dans la réduction des dimensions et de la masse des capteurs magnétiques vectoriels, pour peu qu’ils atteignent la sensibilité souhaitée.

Notre objectif est de développer un capteur magnétique ultra-sensible qui combinera une architecture innovante et un élément magnétorésistif bas bruit dont le concept est issu d’une découverte faite au laboratoire. Le capteur doit permettre la détection de champs magnétiques de l’ordre de 100 fT/Hz^1/2 à basse fréquence (<10 kHz), soit avec une sensibilité trois ordres de grandeur plus grande que les capteurs magnétorésistifs actuels les plus performants.

Le travail expérimental consistera en la fabrication du dispositif par les techniques de microfabrication et par des mesures fines de bruit électrique ; la composition du dispositif sera optimisée en fonction des résultats obtenus.
Etude des matériaux magnétocaloriques par diffusion inélastique des neutrons

SL-DSM-15-0159

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Statistique, Magnétisme et Supraconductivité (SPSMS)

Laboratoire de Magnétisme et Diffusion Neutronique (MDN)

Grenoble

Personne à contacter :

Stéphane RAYMOND

CEA
DSM/INAC/SPSMS/MDN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2015

Personne à contacter :

Stéphane RAYMOND

CEA - DSM/INAC/SPSMS/MDN

0438783738

Directeur de thèse :

-

L'effet magnétocalorique est un phénomène thermodynamique qui correspond au changement de température d'un matériau lorsqu'il est soumis à un changement de champ magnétique. Dans certains matériaux, l’effet est fort et cela ouvre la voie à la réfrigération magnétique, potentiellement plus efficace énergétiquement et plus respectueuse de l’environnement que la réfrigération par compression.



Nous proposons dans ce sujet de thèse d'étudier par diffusion inélastique des neutrons les mécanismes microscopiques de l’effet magnétocalorique. Principalement, il s'agit d'étudier les dynamiques de spins et de réseau dans le composé MnFe4Si3, sélectionné comme système magnétocalorique modèle pour ce travail de thèse. Le but est de mettre en avant les paramètres microscopiques qui optimisent l’effet magnétocalorique (couplage magnon-phonon, nature du magnétisme, ’) ; c’est un domaine de recherche inexploré.



Ce sujet est un projet commun entre le Forshungszentrum-Jülich et le CEA-Grenoble qui gèrent conjointement trois instruments de diffusion des neutrons à l’Institut Laue Langevin, Grenoble où la thèse sera effectuée. Ce sujet nécessite un goût pour la physique expérimentale auprès des très grands instruments de recherche et un intérêt pour la simulation numérique.

Etude du transport de charges dans les semiconducteurs organiques et compréhension grâce à la modélisation microscopique

SL-DSM-15-0090

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces

Laboratoire d'accueil :

Structures et Propriétés d'Architectures Moléculaires (SPrAM)

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

Grenoble

Personne à contacter :

Jérôme FAURE-VINCENT

CEA
DSM/INAC/SPrAM/LEMOH

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2015

Personne à contacter :

Jérôme FAURE-VINCENT

CEA - DSM/INAC/SPrAM/LEMOH

04 38 78 34 09

Directeur de thèse :

David DJURADO

CNRS - LEMOH/ Laboratoire d'Electronique Moléculaire Organique et Hybride

0438782049

Voir aussi : http://inac.cea.fr/Pisp/david.djurado/

Voir aussi : http://inac.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=429

Ce sujet de thèse s’inscrit dans la thématique des semiconducteurs organiques, désormais largement utilisés dans les dispositifs électroniques pour les cellules photovoltaïques, les diodes électroluminescentes ou les photodétecteurs. Le but de cette thèse est de déterminer et modifier la densité d’états (DOS) dans ces semiconducteurs organiques et de quantifier l’impact de ce paramètre clé sur les propriétés de transport de charges.



Dans ce but, l’étudiant(e) construira une stratégie expérience/simulation afin de déterminer la DOS des matériaux à l’étude. La caractérisation électronique comprend des mesures de mobilité par des techniques de temps de vol (Time of Flight) et courant limité par la charge d'espace (Space Charge Limited Current). La détermination du profil de la densité d’états et de pièges se fera grâce à des mesures de rendement quantique externe. L’accent sera mis sur l’étude de deux polymères : le P3HT (un polymère référence dans le domaine) et le PTB7 (l’un des tous meilleurs polymères du moment pour le rendement des cellules solaires organiques). L’étudiant(e) variera la concentration des pièges par exemple en utilisant de petites molécules donneuses d’électrons telles que le tétrathiafulvalène. La modélisation du transport utilisant la simulation microscopique est faite par la Zurich University of Applied Science avec laquelle nous entretenons une collaboration étroite.



Ce travail expérimental utilisera la plateforme technologique « Hybrid-En », récemment construite et dédiée à l’étude de matériaux et structures hybrides pour l’énergie. Cette plateforme nous permet de préparer, caractériser et encapsuler des dispositifs dans une atmosphère inerte. Tout ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de projets nationaux et internationaux du laboratoire LEMOH dans la thématique de l’électronique organique et hybride. Le candidat sélectionné rejoindra une équipe multidisciplinaire comprenant des physiciens et des chimistes, acteurs majeurs dans ce domaine du photovoltaïque organique.

Modélisation des interactions Coulombiennes dans les nanodispositifs

SL-DSM-15-0086

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Matériaux et Microstructures (SP2M)

Laboratoire de Simulation Atomistique (L_Sim)

Grenoble

Personne à contacter :

Mireille LAVAGNA

CEA
DSM/INAC/SPSMS/GT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2015

Personne à contacter :

Mireille LAVAGNA

CEA - DSM/INAC/SPSMS/GT

04 38 78 36 97

Directeur de thèse :

Yann Michel NIQUET

CEA - DSM/INAC/SP2M/L_Sim

04.38.78.43.22

Voir aussi : http://inac.cea.fr/L_Sim/Qui/YMNiquet/

Voir aussi : http://inac.cea.fr/L_Sim/

Les progrès réalisés dans la nanostructuration du silicium permettent de fabriquer des transistors toujours plus petits et plus complexes. Il est par exemple possible aujourd'hui de graver des nanofils de silicium de 3 à 5 nm de diamètre et d'une dizaine de nanomètres de long, dans lesquels on peut contrôler le nombre de porteurs et le courant grâce au champ électrique appliqué par une "grille" métallique. A cette échelle, la dynamique des porteurs relève de la mécanique quantique, et peut être dominée jusqu'à température ambiante par les interactions électroniques entre les quelques électrons injectés dans le nanofil ("blocage de Coulomb" du courant, ...).



La modélisation avancée devient indispensable pour comprendre la physique de ces dispositifs complexes. A cet effet, le laboratoire L_Sim développe depuis plusieurs années un outil de simulation quantique, TB_Sim, basé sur la méthode des fonctions de Green hors-équilibre. Il a reçu en 2012 le troisième prix au concours Bull-Fourier pour ses performances sur les calculateurs massivement parallèles. Il s'agira, au cours de la thèse, de progresser dans la description des interactions Coulombiennes et de leurs effets sur le transport électronique.



Le candidat devra affiner les modèles existants, contribuer à leur implémentation dans TB_Sim, et les utiliser pour simuler des dispositifs réels. Il aura notamment accès aux mesures effectuées sur des échantillons à l'état de l'art fabriqués au CEA/LETI, dans le cadre d'un grand projet de développement de la nanoélectronique au CEA. L'objectif est double: D'une part, mieux comprendre le potentiel des transistors "ultimes" de prochaine génération, et d'autre part, explorer les propriétés des "atomes artificiels" de silicium dans lesquels charges et spins individuels peuvent être manipulés, pour la réalisation de bits quantiques par exemple.
Régulation dynamique de la division cellulaire par microcavité optique

SL-DSM-15-0040

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Matériaux et Microstructures (SP2M)

Laboratoire Silicium Nanoélectronique Photonique et Structures (SINAPS)

Grenoble

Personne à contacter :

Emmanuel PICARD

CEA
DSM/INAC/SP2M/SINAPS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2015

Personne à contacter :

Emmanuel PICARD

CEA - DSM/INAC/SP2M/SINAPS

04 38 78 90 97

Directeur de thèse :

David PEYRADE

CNRS - LTM

04 38 78 24 53

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 ’uvre 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. Nous avons 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. Nous avons également mis en évidence et quantifié les forces optiques (pression de radiation et gradient) générées par ces microcavités par l'observation du mouvement de particules micrométriques placées en solution à proximité des structures. Plus récemment, nous avons démontré que ces systèmes optofluidiques permettent le piégeage, l’assemblage, la manipulation et le tri de micro-nano objets en suspension.



Dans le cadre de ce sujet de thèse, nous envisageons de franchir une étape supplémentaire en étudiant la division cellulaire en positionnant des particules dans la cellule en s'appuyant sur les compétences du LTM en biotechnologie.



Une première étape sera de faire évoluer les composants fluidiques vers un système ou les cellules peuvent vivre et se développer. Ce nouveau dispositif devra être compatible avec l'expérience actuelle de spectroscopie.

Une seconde étape sera d'évaluer le comportement de différentes bactéries et/ou cellules avec plusieurs types de particules (métalliques, diélectriques).

L'objectif final de cette thèse sera de contrôler dynamiquement le comportement et la division cellulaire.

Le travail sera conduit en synergie entre le laboratoire SiNaPS de l'INAC/SP2M et l’équipe Micronanotechnologies pour la santé du CNRS/LTM sur le campus MINATEC du CEA. L'étudiant utilisera les plateformes de technologie du campus (LETI et PTA).

Des compétences en photoniques et microfabrication seraient appréciées. Une expérience en biotechnologie constituerait un atout supplémentaire.

Theoretical study of graphene-like materials

SL-DSM-15-0321

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Matériaux et Microstructures (SP2M)

Laboratoire de Simulation Atomistique (L_Sim)

Grenoble

Personne à contacter :

Luigi GENOVESE

CEA
DSM/INAC/SP2M/L_Sim

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2015

Personne à contacter :

Luigi GENOVESE

CEA - DSM/INAC/SP2M/L_Sim

04 38 78 07 45

Directeur de thèse :

Pascal POCHET

CEA - DSM/INAC/SP2M/L_Sim

04 38 78 28 60

Voir aussi : http://inac.cea.fr/L_Sim/Qui/PPochet/

Voir aussi : http://inac.cea.fr/L_Sim/

Two-dimensional materials are of significant interest for many applications in nano-science. Graphene is the prototype of this material family. It's potential applications cover the fields of nano-electronics but also the building block as a substrate for self-organization of nano-objects. However the absence of gap in raw graphene limit its potential applications for making transistors logic field effect. Currently its optical and mechanical properties are more highlighted for application in the field of touchscreens. These advances are also based in part on the development of techniques for routine growth of large samples. The path of growth by chemical vapor deposition has shown great potential and already lead to monolayer graphene on square meters. Recently these CVD methods have been used to grow new two-dimensional materials (MoS2, and others). The proposed research is part of a basic research effort with a medium-term goal for the design of alternative sp2-materials. In close collaboration (NEEL and PFNC) with experiments the PhD candidate will apply state of the art simulation techniques in order to guide and/or support the design of these new materials. It includes the use of Density Functional Theory in order to assess stable phases and their properties. Kinetics will be also considered using ab-intio based Potential Energy Surface methodologies as well as Kinetic Monte Carlo in collaboration with University of Montreal. The guideline of our approach and further references can be found here: http://inac.cea.fr/L_Sim/Highlight-Sp2.en.html



The attendee will have the possibility to develop experience in ab initio simulations on massive parallel supercomputers, which is a powerful investigation tool widely used both for basic or applied research in the field of condensed matter.

 

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