Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 14-12-2017

9 sujets INAC

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• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

Analyse et contrôle de bactéries par microcavité optique

SL-DRF-18-0072

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 : 01-09-2018

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). Les travaux seront conduits en collaboration avec les équipes spécialisées dans les technologies du vivant et de la santé.

Croissances avancées de nanostructures verticales 1D en AlGaN pour l’emission UV

SL-DRF-18-0392

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 :

Christophe DURAND

Joël EYMERY

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

Contact :

Christophe DURAND

UGA - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

04 38 78 19 77

Directeur de thèse :

Joël EYMERY

CEA - DRF/INAC/MEM/NRS

04 38 78 30 15

La croissance par MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) de nanofils de GaN entourés de puits quantiques GaN/InGaN a été longuement étudiée au laboratoire et est aujourd’hui parfaitement maitrisée [1]. Ceci est une avancée importante car cela rend envisageable la fabrication et la production industrielle de LED à nanofils pour l’émission de lumière dans le visible (couleur bleue, verte et blanche).

Dans le même esprit, nous souhaitons développer de nouvelles nanostructures verticales 1D pour l’émission de lumière dans l’UV. Des résultats pionniers et prometteurs ont été obtenus au laboratoire à l’aide de puits quantiques GaN/InAlN épitaxiés autour des fils de GaN avec une émission à 330 nm jusqu’à la température ambiante [2]. A partir d’un simple recuit in situ, nous avons démontré la possibilité de graver le cœur des fils en GaN tout en préservant les propriétés optiques des puits quantiques. Ainsi, nous avons réalisé pour la première fois des tubes à puits quantiques présentant d’excellentes propriétés optiques [3].

Le but de la thèse est de développer de nouveaux puits quantiques du type GaN/AlGaN ou AlGaN/AlN sur des nanostructures 1D (fils, tubes, bandes), afin de pouvoir atteindre des longueurs d’ondes d’émission dans l’UV lointain (<280 nm) capable de détruire des bactéries. Il s’agit d’un enjeu majeur pour le développement des LED UV, car cela permettrait d’envisager de nouvelles applications telles que le traitement de l’eau ou la stérilisation. Cette étude a pour ambition de mieux connaître la potentialité des nanostructures 1D pour émettre de l’UV lointain. Ce type de nanostructures 1D à puits quantiques permet aussi d’envisager la réalisation de détecteur IR inter-sous-bande dans le domaine du THz.

Le développement de plusieurs étapes seront nécessaires pour mener à bien ce projet de thèse : (i) la réalisation de nanostructures 1D en Al(Ga)N en combinant croissance et gravure sélective, (ii) l’épitaxie de puits quantiques à base d’AlGaN sur ces nanostructures, (iii) la caractérisation poussée structurale et optique et (iv) le design de nouveaux dispositifs et leurs réalisations. La thèse s’appuiera sur un réseau de collaborateurs bien connus (C2N, EPFL, Univ. Tyndall…) pour progresser efficacement.

Le travail est essentiellement expérimental permettant d’explorer des phénomènes fondamentaux à l’échelle nanométriques tout en participant à une thématique de recherche particulièrement active sur le développement des nouveaux dispositifs LED pour l’UV.



[1] R. Koester et al., Nano Lett. 11, 4839 (2011).

[2] C. Durand et al., ACS Photonics 1, 38 (2014).

[3] C. Durand et al., Nano Lett. 17, 3347 (2017).



Electronique de spin antiferromagnétique

SL-DRF-18-0274

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Vincent BALTZ

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

Contact :

Vincent BALTZ

CNRS - DFR/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 03 24

Directeur de thèse :

Vincent BALTZ

CNRS - DFR/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 03 24

Labo : http://www.spintec.fr/research/antiferromagnetic-spintronics/

Voir aussi : https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1606/1606.04284.pdf

Les matériaux antiferromagnétiques (alignement antiparallèle des moments magnétiques atomiques) pourraient représenter l'avenir des applications d’électronique de spin grâce aux nombreuses fonctionnalités qu'ils combinent: ils sont insensibles aux champs magnétiques, n’en créent pas, possèdent une dynamique magnétique ultrarapide, et génèrent de forts effets de transport électronique dépendent du spin. D’intenses efforts de recherche sont investis au niveau mondial pour comprendre les propriétés de transport dépendant du spin dans les matériaux antiferromagnétiques. Evaluer dans quelle mesure le transport dépendant du spin peut être utilisé pour piloter l'ordre antiferromagnétique et comment détecter les variations induites sont quelques-uns des défis passionnants à relever.

Avec pour paramètres ajustables la nature des éléments constitutifs des matériaux antiferromagnétiques ou encore la qualité des interfaces, nous étudierons principalement l’efficacité de l’injection de spin et le filtrage des interfaces, l’absorption de spin dans le cœur du matériau et les longueurs caractéristiques d’absorption, les températures d’ordre et les susceptibilités magnétiques ou encore l’efficacité des couplages spin-orbite via l’effet Hall de spin.

Cette thèse est expérimentale. Elle s’appuiera sur les nombreux moyens de fabrication (pulvérisation cathodique, épitaxie par jet moléculaire, nanofabrication en salle blanche) et de caractérisation (magnétométrie, résonance ferromagnétique, transport) du laboratoire SPINTEC. Elle bénéficiera des rapports privilégiés avec des laboratoires partenaires pour des expériences en cavité résonante et l’obtention d’échantillons complémentaires.

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

SL-DRF-18-0215

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)

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

SL-DRF-18-0519

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 : 01-10-2018

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.

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

SL-DRF-18-0518

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Eric GAUTIER

Jean-Luc ROUVIERE

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

Contact :

Eric GAUTIER

CNRS - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438784226

Directeur de thèse :

Jean-Luc ROUVIERE

CEA - DSM/INAC/SP2M/LEMMA

04 38 78 50 86

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.

Magnétomètre miniature ultra-sensible pour les missions spatiales

SL-DRF-18-0141

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Hélène BEA

Claire BARADUC

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

Contact :

Hélène BEA

UGA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 08 46

Directeur de thèse :

Claire BARADUC

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 42 35

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

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

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

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

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

SL-DRF-18-0058

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

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Laurent VILA

Jean Philippe ATTANE

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

Contact :

Laurent VILA

CEA - DSM/INAC/SP2M/NM

0438780355

Directeur de thèse :

Jean Philippe ATTANE

Universite Joseph Fourier - INAC/SP2M

0438784326

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

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

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

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

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

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

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

Étude théorique de matériaux et systèmes magnétocaloriques avancés

SL-DRF-18-0177

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

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Groupe Théorie (GT)

Grenoble

Contact :

Mike ZHITOMIRSKY

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

Contact :

Mike ZHITOMIRSKY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

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.

 

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