Description du sujet de thèse

Les capteurs magnétiques ont un vaste champ d'application dans l'automobile, la robotique, la téléphonie mobile, les équipements spatiaux, la géophysique, les armes militaires, etc. Ils ont un grand potentiel dans les applications biomédicales où ils sont utilisés pour la détection de signaux biomagnétiques ou les diagnostics sur le lieu de soins. Dans le premier cas, il s'agit de détecter le champ magnétique émanant d'organes tels que le cœur (magnétocardiographie-MCG), le cerveau (magnétoencéphalographie-MEG), les muscles (magnétomyographie-MMG) et les neurones (magnétoneurographie-MNG). Cette dernière méthode permet de détecter des protéines, des médicaments, des cellules, des acides nucléiques et d'autres biomarqueurs qui sont généralement marqués par des particules magnétiques.
Les capteurs basés sur les ondes acoustiques de surface (SAW) utilisent des cristaux piézoélectriques couplés à des transducteurs à électrodes interdigitées (IDT) pour générer les ondes SAW guidées. L'élément actif de ce dispositif est une couche magnétorésistive/magnétoélastique, dont le module élastique change en réponse au champ magnétique, modulant ainsi l'onde SAW de manière proportionnelle. Pour maximiser la sensibilité, il faut configurer soigneusement la géométrie du capteur en tenant compte du pas des électrodes, de l'espacement, de l'épaisseur de la couche active, de l'orientation de l'axe facile de la couche magnétostrictive, etc. Cependant, la détection d'un champ magnétique de faible intensité dans la plage nT - pT nécessite des capteurs à haute limite de détection (LoD). Pour maximiser la limite de détection de ces systèmes de capteurs, il est très important de comprendre et de pouvoir quantifier les sources de bruit pertinentes. La limite de détection est régie par le bruit dans le dispositif du capteur, mais aussi dans le système électronique considéré pour la détection et le traitement du signal.
Ce projet pluridisciplinaire sera l'occasion de contribuer à la conception, la microfabrication et la caractérisation de nouveaux capteurs magnétiques grâce aux équipements de pointe de l'Institut Jean Lamour. Il s'agit d'une expérience formatrice au cours de laquelle vous serez formé(e) à des équipements de pointe : différents procédés de microfabrication en salle blanche, dépôt de couches minces, caractérisation magnétique (à l'échelle macroscopique et nanoscopique), caractérisation RF, etc.

Le projet de doctorat consiste à étudier les origines du bruit avec un intérêt particulier pour :
- le bruit blanc magnétique(f 0)
- Le bruit de scintillement magnétique (f 1)
- Le bruit aléatoire magnétique (f 2)

Des systèmes électroniques de lecture seront également développés en configuration de boucle ouverte et fermée en utilisant des composants RF standard (par MiniCircuits).
Pour atteindre cet objectif, le capteur sera étudié à différentes phases de sa fabrication afin de déterminer la contribution de chacune des couches déposées.
Dans ce travail de thèse, vous serez en charge :
- d'une étude bibliographique sur les capteurs magnétiques à SAW, le bruit dans MSAW,
- de la construction du système électronique. Dans cette tâche, vous serez assisté par le personnel d'ingénierie de l'IJL.
- la caractérisation complète (magnétique et fonctionnelle) des capteurs SAW. Les capteurs seront fabriqués par d'autres membres de l'équipe du projet, mais le candidat pourra participer à cette fabrication pour sa formation personnelle.
De plus, ce travail de thèse bénéficiera de l'expertise et des équipements de fabrication ou de caractérisation de nos nombreux collaborateurs à l'échelle nationale et internationale.
Références :
[1] P. Duraut et al, "Noise Analysis of Open-Loop and Closed-Loop SAW Magnetic Field Sensor Systems" IEEE Sensors Journal, 19 (18) 2019.
[2] P. Duraut et al, "Phase Noise of SAW Delay Line Magnetic Field Sensors," SENSORS , 21 (16) 2021.

Contexte de travail

L’Institut Jean Lamour (IJL) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Lorraine. Il est rattaché à l’Institut de Chimie du CNRS. Spécialisé en science et ingénierie des matériaux et des procédés, il couvre les champs suivants : matériaux, métallurgie, plasmas, surfaces, nanomatériaux, électronique.
L'IJL compte 263 permanents (30 chercheurs, 134 enseignants-chercheurs, 99 IT-BIATSS) et 394 non-permanents (182 doctorants, 62 post-doctorants / chercheurs contractuels et plus de 150 stagiaires), de 45 nationalités différentes. Il collabore avec plus de 150 partenaires industriels et ses collaborations académiques se déploient dans une trentaine de pays. Son parc instrumental exceptionnel est réparti sur 4 sites dont le principal est situé sur le campus ARTEM à Nancy.

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.

Contraintes et risques

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