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Thèse en sciences des matériaux/microscopie électronique en transmission (H/F)

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

Date Limite Candidature : lundi 10 mai 2021

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Informations générales

Référence : UMR6502-PHIMOR-004
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : lundi 19 avril 2021
Nom du responsable scientifique : Philippe MOREAU
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 6 septembre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Titre : Etude de technologies émergentes par Microscopie Electronique avancée operando

Le développement récent de nos sociétés modernes s'appuie en grande partie sur la recherche et le développement de dispositifs de haute technologie, qui sont à l'origine de révolutions comme les technologies de l'information ou la mobilité électrique. Or, les propriétés sur lesquelles tous ces dispositifs sont basés impliquent le plus souvent des mécanismes qui interviennent à très petite échelle, bien inférieure au micromètre (interfaces de batteries, jonctions en micro-électronique, surfaces de capteurs, etc.). De plus, la plupart de ces dispositifs ne sont pas statiques, mais 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 considérablement leur développement. Cette situation évolue rapidement grâce aux progrès récents en microscopie électronique en transmission qui permettent désormais des caractérisations de dispositifs soumis à différents stimuli, notamment électriques, avec une résolution sub-nanométrique. Or, l'Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN) vient de se doter d'un tel équipement exceptionnel. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse de doctorat consistera à mettre en place et développer de telles expériences à l'IMN. Trois grands domaines d'applications seront ciblés.
- Le premier impliquera des batteries à l'état solide et plus particulièrement la réaction et la diffusion des ions sodium dans les matériaux d'électrodes typiques. Des techniques spectroscopiques telles que la spectroscopie de perte d'énergie des électrons seront utilisées à cette fin.
- L'étude des mémoires pour la microélectronique sera le deuxième type d'application, en particulier les mémoires de Mott, liée à la découverte, à l'IMN, d'une propriété de commutation entre deux états de résistance via des impulsions électriques. Dans ce cas, une caractérisation structurale rapide et locale sera développée principalement grâce à des techniques de diffraction électronique (4D-STEM).
- Enfin, des capteurs de déformation à très haute sensibilité et à comportement robuste dans des conditions de température exigeantes seront analysés. La modification des propriétés piézorésistives des matériaux nouvellement développés en fonction de la température sera comprise grâce à des techniques d'imagerie avancées.
Vous devrez ainsi utiliser des instruments de microscopie électronique analytique de haut niveau dont le Nant'Themis (S)TEM (Themis Z G3 de Thermo Fisher Scientific) équipé d'un spectromètre de pertes d'énergie des électrons associé à des détecteurs très sensibles (détection directe des électrons, iDPC…). Vous devrez mettre au point les expériences avec des porte-objets dédiés et les réaliser grâce aux techniques analytiques appropriées. Enfin, un important travail de traitement des données sera nécessaire pour en extraire la visualisation des changements provoqués par les stimuli électriques. Vous aurez une forte interaction avec les ingénieurs de la plate-forme ainsi qu'avec le post-doctorant qui sera recruté sur ce projet principalement pour la préparation par FIB (avec le ZEISS Crossbeam 550L acquis récemment par l'IMN) des lames que vous analyserez ensuite avec le Nant'Themis. Vous devrez donc avoir de bonnes capacités de travail en équipe.

Contexte de travail

Cette thèse est financée dans le cadre d'un contrat avec l'I-SITE «NExT» (Nantes Excellence Trajectory) et fait partie d'un projet plus vaste (nommé "EN ACTION") comprenant aussi le recrutement d'un chercheur post-doctoral. Il vise à populariser les expériences operando ou in situ dans le laboratoire IMN et ainsi nouer de nouveaux partenariats notamment avec des industriels. Les domaines d'application visés sont larges et c'est pourquoi 3 des 5 équipes de l'IMN seront impliquées. Le projet s'inscrit totalement 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 Jean Rouxel (IMN, UMR 6502, http://www.cnrs-imn.fr), à Nantes, 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. Le/la doctorant(e) bénéficiera de l'interaction avec de nombreux collègues travaillant dans de nombreux domaines des sciences des matériaux grâce à des expériences utilisant une multitude de techniques de caractérisation avancées et à des simulations. Il/elle interagira fortement avec la chercheuse postdoctorale recrutée plus particulièrement pour la préparation des lames TEM grâce au FIB de la plate-forme de caractérisation.
Le/la doctorante sera inscrit(e) à l'école doctorale 3M (Matériaux Matières Molécules) et sera rattaché à l'équipe Stockage et Transformation Electrochimique de l'Energie (STEE). Cependant, les équipes Physique des matériaux et nanostructures (PMN) et Plasmas et Couches Minces (PCM) seront également fortement impliquées.
Le/la doctorante sera supervisé(e) par les responsables scientifiques du projet.

Contraintes et risques

Pas de contraintes ou risques identifiés

Informations complémentaires

Vous possédez (ou êtes sur le point de recevoir) un Master 2 ou équivalent avec une formation en science des matériaux, sciences physiques, microscopie électronique en transmission, ou une expérience proche.
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 une personne soucieuse de la qualité, consciencieuse, créative et coopérative, 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.

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