Description du sujet de thèse

La spintronique est une discipline visant à utiliser le spin en plus de la charge des porteurs du courant. Elle est née de la découverte de la magnétorésistance géante dans des multi couches métalliques et donne lieu à de nombreuses applications dans le domaine des mémoires et des capteurs magnétiques par exemple. Cette percée majeure dans l’électronique a été récompensée d’un prix Nobel de physique en 2007. Néanmoins, ces dispositifs sont basés sur des métaux de transition comme le nickel ou le cobalt qui présentent des inconvénients majeurs, notamment leur aimantation très élevée nécessitant une forte énergie pour les manipuler et générant des champs magnétiques locaux indésirables et entravant la miniaturisation des dispositifs. Une nouvelle voie exploite l’interaction spin-orbite de matériaux non magnétiques, appelée spin-orbitronique, et permet de réduire quelque peu ce coût énergétique. Cependant, des fonctionnalités comme le stockage de l’information sont perdues par ce type de dispositifs.

Dans la quête de dispositifs électroniques à faible consommation énergétique, l’utilisation de matériaux ferroélectriques apparaît comme une voie très prometteuse : le renversement de la polarisation spontanée représente un coût énergétique moindre que le renversement d’une aimantation. L’étape suivante consiste à coupler la ferroélectricité aux propriétés magnétiques et électroniques : ceci peut se faire par exemple (i) dans les matériaux multiferroïques combinant un ordre ferroélectrique et magnétique ou (ii) dans des matériaux non magnétiques mais présentant une interaction spin-orbite intense et dans lesquels l’amplitude et l’orientation de la polarisation spontanée permet un contrôle non volatil des textures de spin. Le couplage de la ferroélectricité avec les propriétés électroniques et magnétiques des matériaux apparaît comme un puissant levier pour concevoir des matériaux énergétiquement sobres et à même de répondre aux problèmes climatiques actuels.

Le projet de thèse a pour but de produire la ferroélectricité dans des matériaux magnétiques et/ou avec une forte interaction spin-orbite afin de concevoir des composés mariant la ferroélectricité et le magnétisme et montrant de propriétés optimales. A cette fin, le caractère hautement multifonctionnel des oxydes pérovskites, parmi lesquels appartiennent les ferroélectriques les plus populaires comme BaTiO3 et de nombreux matériaux magnétiques, sera mis à contribution. Ces études seront effectuées à partir de simulations de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) permettant de résoudre le problème électronique dans la matière et de modéliser de manière fiable les propriétés des matériaux.

Activités :
- Simuler des matériaux
- Coupler des distorsions structurales
- Analyser des données et comprendre des règles physiques
- Émettre des hypothèses et les vérifier par simulations

Contexte de travail

Le laboratoire CRISMAT est une unité mixte CNRS, ENSICAEN et Université Normandie située à Caen et comprenant une centaine de membres. C’est un laboratoire reconnu internationalement pour son expertise des oxydes. Le (la) doctorant(e) sera intégré(e) dans le groupe Films minces, Interfaces et Surfaces du CRISMAT et sera encadré(e) par Julien Varignon, Maitre de Conférences à l’ENSICAEN et théoricien. Le (la) doctorant(e) bénéficiera d’un environnement favorable pour mener à bien ses missions grâce à un accès à de nombreuses techniques et outils sur place. Ce projet sera réalisé dans le cadre du « programmes et équipements prioritaires de recherche » SPIN (PEPR SPIN) et l’étudiant pourra bénéficier de fortes interactions avec les différents groupes français impliqués dans ce projet.

Cette offre de thèse est soumise à l'obtention du financement et à l'étude des dossiers par le service des ressources humaines.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Informations complémentaires

Un(e) candidat(e) motivé(e) est recherché(e) pour mener à bien ce sujet de premier plan et capable de travailler en collaboration avec les différents chercheurs impliqués dans ce projet. Le(a) candidat(e) devra être titulaire d’un Master Recherche en Physique du solide ou Science des matériaux ou être titulaire d’un titre d’ingénieur dans ces domaines. Le candidat devra posséder un fort bagage en physique de la matière condensée et être familier avec les simulations numériques et la cristallographie. Des connaissances en résolution du problème électronique (DFT) sont fortement souhaitées, ainsi qu’une familiarité avec l’univers linux.

La dispense de travaux dirigées et de travaux pratiques en français sera possible et très fortement encouragée/souhaitée.