Description du sujet de thèse

L'un des défis de l’étude et du contrôle ultrarapides des matériaux consiste à déclencher une transition de phase macroscopique à l'aide d'une impulsion lumineuse ultracourte. Au cours de ces transformations, plusieurs degrés de liberté peuvent être couplés, ce qui donne lieu à une dynamique multi-échelle dans le temps et l'espace, si rapide qu'elle échappe aux lois de la thermodynamique. La science hors-équilibre recèle également un grand potentiel technologique, et des transitions isolant-métal (IMT) sont déjà utilisées dans des dispositifs de stockage de données ou des réseaux neuronaux artificiels pour l'intelligence artificielle [doi.org/10.1103/PhysRevApplied.17.014040].
Dans les systèmes soumis à la transition isolant-métal, l'excitation lumineuse génère des états précurseurs où les corrélations entre les degrés de liberté, tels que la charge ou les vibrations réseau cristallin, sont modifiées de manière transitoire et évoluent suivant des chemins complexes loin de l'équilibre. Un nouveau chemin de transformation et impliquant des ondes de déformation photoinduites ont été récemment découverts dans des nanocristaux de Ti3O5 [doi.org/10.1038/s41467-021-21316-y ; doi.org/10.1038/nchem.670]. L'importance de la taille et de la morphologie des nano-objets étudiés pour ces transformations ultrarapides a ensuite été démontrée dans le V2O3 [doi.org/10.21203/rs.3.rs-3239079/v1], mais la compréhension fine et complète des mécanismes de transformation nécessite des études plus approfondies.
Ce projet de doctorat vise à fournir une analyse cristallographique robuste des transitions de phase induites par les photons à des échelles spatio-temporelles sans précédent (nanomètre-femtoseconde). Les expériences seront réalisées principalement par diffraction électronique ultrarapide dans le cadre de collaboration avec les universités de Tsukuba et de Tokyo, sur des échantillons morphologiquement adaptés. Le(la) doctorant(e) sera également impliqué(e) dans la diffraction ultrarapide des rayons X au EU-XFEL à Hambourg où sur un instrument similaire japonais SACLA. Le travail de doctorat comprendra également de la modélisation des effets thermoélastiques dynamiques survenant dans la plage de temps allant de la pico- à la nano-seconde. Le groupe de l'IPR qui accueille le(la) doctorant(e) est expert en cristallographie avancée, en transitions de phase photoinduites et en phénomènes ultrarapides, et a publié plusieurs articles de pointe sur ces sujets.

Contexte de travail

Nous recherchons un-e candidat-e- motivé-e, dans le domaine des sciences des matériaux ou de la physique de la matière condensée, désireux-se de travailler dans un environnement hautement collaboratif. Le/la candidat-e est titulaire d'un master en sciences des matériaux, en physique, ou équivalent. Il/elle doit avoir des connaissances de base dans ces domaines et le désir d'approfondir ses connaissances dans les domaines des transitions de phases et de la cristallographie avancée. Il/elle doit être familiarisé-e avec diverses techniques expérimentales telles que la diffraction des rayons X et/ou des électrons, et/ou la spectroscopie laser. Il est souhaitable que le/la candidat-e ait des connaissances en traitement des données et programmation (Python ou similaire) et soit intéressé-e par le développement d'expériences.

Le/la doctorant-e travaillera au CNRS et sera plus particulièrement associé au Département Matériaux et Lumière de l'Institut de Physique de Rennes sous la direction de Maciej Lorenc (Dr. CNRS) et Philippe Rabiller (Pr. Université de Rennes). Notre département regroupe 20 chercheurs travaillant dans les domaines de la spectroscopie ultrarapide, de la cristallographie et de la conversion d'énergie, avec de fortes collaborations internationales, ainsi qu'un usage régulier des grands instruments (synchrotron, X-FEL). Nos installations de recherche comprennent 4 lasers ultrarapides, 2 spectromètres de diffraction, des équipements de dépôt d'échantillons ainsi que des capacités électrochimiques. Notre département assure la direction du laboratoire international DYNACOM du CNRS, en commun avec l'Université de Tokyo. Notre groupe a reçu des financements de l'ERC, de l'ANR ou de Rennes Métropole.

Contraintes et risques

Plusieurs séjours sont prévus au Japon à l'Université de Tsukuba, ainsi que la participation à des expériences auprès de sources de rayons X sur grands instruments de type synchrotron ou laser à électrons libres.
Lors des expériences "pompe-sonde" ultrarapides, le/la doctorant-e sera amené-e à travailler dans des environnements potentiellement soumis aux risques liés aux rayonnements LASER ou ionisants.

Informations complémentaires

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