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Chercheur microscopie MET operando appliquée à la transition de Mott (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : samedi 3 décembre 2022

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Informations générales

Référence : UMR6502-PHIMOR-008
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : mardi 18 octobre 2022
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 18 mois
Date d'embauche prévue : 1 février 2023
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : entre 2830€ et 4000€ brut selon expérience
Niveau d'études souhaité : Doctorat
Expérience souhaitée : Indifférent

Missions

Le développement récent de nos sociétés modernes s'appuie en grande partie sur la recherche et le développement de dispositifs de haute technologie. Or, les propriétés sur lesquelles beaucoup de ces dispositifs sont fondés impliquent le plus souvent des mécanismes qui interviennent à très petite échelle, bien inférieure au micromètre. De plus, la plupart de ces dispositifs fonctionnent grâce à l'application de courant ou de tension électrique. Jusque très récemment, la caractérisation à l'échelle nanométrique et en fonctionnement ("operando") de ces dispositifs n'était pas possible, limitant ainsi leur développement. Cette situation évolue rapidement grâce aux progrès récents en microscopie électronique en transmission qui permettent désormais des caractérisations de dispositifs soumis à des stimuli électriques avec une résolution subnanométrique. C'est dans ce contexte que l'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel vient de se doter d'un tel équipement exceptionnel.
L'objectif de ce CDD-chercheur sera de préparer des échantillons de différents composés, principalement des isolants de Mott chalcogénures et oxydes par la technique de Focused Ion Beam (grâce à un ZEISS Crossbeam 550L très récent) avant de les intégrer dans un des porte-objets électriques du microscope Nant'Themis (S)TEM (Themis Z G3 de Thermo Fisher Scientific). Des impulsions électriques seront alors appliquées in situ sur les échantillons préparés visant à étudier les filaments conducteurs qui se créent à l'application des pulses. Des caractérisations structurales locales seront développées principalement grâce à des techniques avancées de nano-diffraction électronique (4D-STEM), de GPA (Geometric Phase Analysis) ainsi que via des études spectroscopiques monochromatées en spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS).

Activités

La personne recrutée devra donc mettre au point les expériences nécessaires à la mise en évidence des phénomènes étudiés notamment grâce à deux porte-objets dédiés (NanoEx 3D STM Electrical Probing et NanoEx i/v heating and biaising). Un important travail de traitement des données sera nécessaire pour visualiser les changements provoqués par les stimuli électriques.
Le principal phénomène d'études découle de recherches sur un thème en pleine émergence, la Mottronique. Les énormes dépenses énergétiques dues au développement de la micro-électronique pourraient être considérablement réduites par des approches « beyond CMOS ». Parmi elles, les transitions isolant-métal (TIM) existant dans la classe des isolants de Mott suscitent actuellement un grand intérêt et le terme 'Mottronique' a été inventé pour représenter le concept de technologie électronique exploitant de telles transitions de Mott. L'équipe PMN de l'IMN a démontré que le champ électrique, paramètre de contrôle adapté aux applications en microélectronique, offrait un moyen simple de contrôler la TIM dans les isolants de Mott. Cependant, le succès des applications de la Mottronique dépendra étroitement de la compréhension des mécanismes à l'œuvre dans la transition de Mott électrique. Cette équipe a montré récemment que cette transition est liée à la création d'électrons chauds [1] dans un filament conducteur, qui entraine ensuite une réponse compressive du réseau [2]. Toutefois, des questions ouvertes importantes perdurent, concernant à la fois les aspects fondamentaux et appliqués. Ainsi, la réponse compressive du réseau impliquant une variation de volume DelaV/V inférieures à -1% a été découverte dans un isolant de Mott oxyde à petit gap (EG = 0.15 eV) mais n'a jamais encore caractérisée en microscopie en transmission. Par ailleurs, l'impact de la microstructure (monocristal 100 % dense vs couche mince granulaire peu dense autorisant ou pas la déformation locale) sur la stabilisation du filament conducteur comprimé reste à clarifier.
Dans un deuxième temps, des matériaux en couche mince (nanocomposites carbon-métal) développés dans une autre équipe (PCM) de l'IMN seront aussi étudiés en vue d'application de type capteurs dans des conditions de températures élevées. Les lames préparées au FIB devront ici être disposées sur le porte-objet chauffant et électrique pour se rapprocher des conditions operando pour ces dispositifs. Le lien entre les observations structurales et les propriétés piezorésistives et résistives seront recherchées.
P. Diener et al., How a Dc Electric Field Drives Mott Insulators Out of Equilibrium, Phys. Rev. Lett. 121, 016601 (2018).
D. Babich et al., Lattice Contraction Induced by Resistive Switching in Chromium-Doped V2O3: A Hallmark of Mott Physics, ArXiv:2105.05093 [Cond-Mat] (2021).

Compétences

Vous possédez (ou êtes sur le point de recevoir) une thèse avec une formation en science des matériaux, sciences physiques, microscopie électronique en transmission, ou une expérience proche. Au cours de vos travaux, vous avez acquis une expérience solide de la technique Focused Ion Beam, notamment pour la préparation de lames TEM.
Vous êtes enthousiaste et fortement intéressé(e) par la réalisation de travaux expérimentaux précis à l'aide d'équipements avancés et de méthodes de traitement de données.
Vous souhaitez vous investir sur un projet interdisciplinaire présentant des avantages potentiels pour l'industrie.
Vous êtes soucieux de la qualité, consciencieux, créatif et coopératif, avec un goût prononcé pour la rigueur scientifique.
Vous êtes capable de communiquer avec différents publics et avez un haut niveau d'anglais.
Une certaine expérience en laboratoire est nécessaire en raison des développements méthodologiques expérimentaux attendus. Une expérience du traitement numérique des données serait un plus. Une expérience dans les domaines de la microscopie électronique en transmission, des spectroscopies (EELS, EDX), de l'électrochimie serait également appréciée.

Contexte de travail

Ce post-doc est financé dans le cadre d'un contrat avec l'I-SITE «NExT» (Nantes Excellence Trajectory) et fait partie d'un projet plus vaste incluant également une thèse démarrée en 2021. Ce projet vise à développer les expériences operando ou in situ dans le laboratoire IMN, pour pouvoir ensuite nouer de nouveaux partenariats notamment avec des industriels. Le projet s'inscrit dans le cadre de l'arrivée récente dans la plate-forme de caractérisation de l'IMN d'un microscope (S)TEM corrigé sonde, monochromaté et doté de caméras et options permettant des mesures rapides et à une échelle sub-nanométrique de l'évolution de composés soumis à différents stimuli.
Le laboratoire hôte est l'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN), qui est une unité mixte de recherche entre le CNRS et l'Université de Nantes (UMR6502). L'IMN est composé de plus de 200 personnes, dont plus de 75 chercheurs et enseignants-chercheurs permanents et environ 70 doctorants et post-doctorants. La personne recrutée bénéficiera de l'interaction avec de nombreux collègues travaillant dans plusieurs domaines de la science des matériaux grâce à des expériences utilisant une multitude de techniques de caractérisation avancées et à des simulations. Elle interagira fortement avec le doctorant recruté en 2021 qui s'intéresse, en plus des isolants de Mott, aux études operando dans les matériaux pour batteries et dans les capteurs piézoélectriques. Une grande partie de l'activité se déroulera dans le cadre de l'équipe PMN de l'IMN étant donnée l'expertise sur le matériau principalement étudié. Dans un second temps, de forts lien avec l'équipe PCM seront développés.

Contraintes et risques

Pas de contraintes ni de risques spécifiques

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