Description du sujet de thèse

Manipuler les flux de chaleur reste aujourd'hui un défi. Pourtant, ce contrôle est primordial pour une meilleure gestion énergétique des appareils de notre quotidien. En particulier, le développement d'interrupteurs thermiques et de diodes thermiques améliorerait significativement les performances de systèmes de réfrigération solides, le développement de panneaux solaires à haut rendement et la réalisation de dispositifs thermoélectriques à haute performance [1]. Mais, les interrupteurs et les diodes thermiques actuels ne sont pas suffisamment efficaces pour remplir ce rôle.

Dans le cadre de ce projet, le doctorant ou la doctorante explorera un mécanisme fondamentalement nouveau pour concevoir des interrupteurs et des diodes thermiques efficaces. En effet, des résultats expérimentaux récents montrent que les oxydes (anti)ferroélectriques peuvent être utilisés pour obtenir un contrôle dynamique des flux de chaleur [2]. Les oxydes ferroélectriques s'organisent spontanément en domaines – séparés par des parois de domaines – où les positions des atomes sont légèrement différentes [3]. Ces parois ont un impact direct sur la propagation des phonons qui conduisent la chaleur. Plus la densité de domaines, et donc de parois de domaines, est importante plus le nombre de collisions entre phonons et parois de domaines est grande et plus la conductivité thermique est faible. Or, il est justement possible de contrôler la densité de domaines en appliquant une tension électrique.

L'objectif de ce doctorat est de démontrer le contrôle de la conductivité thermique, via un champ électrique, grâce au contrôle des parois de domaines dans des oxydes relaxeurs et des oxydes antiferroélectriques. L'étudiant ou l'étudiante synthétisera différents matériaux, sous formes de céramiques et de monocristaux et optimisera leur structure en domaines via différents traitements (ex : recuit). Il ou elle caractérisera leurs propriétés ferroélectriques (courbes d'hystérésis polarisation-champ électrique, spectroscopie d'impédance) et étudiera leur réponse à un champ électrique. Enfin il ou elle caractérisera leurs propriétés thermiques, notamment via la méthode laser flash.

[1] Wong et al. A review of state-of-the-art thermal diodes and their potential applications. Int. J. Heat Mass Transf. 164, 120607 (2021)
[2] Aryana et al. Observation of solid-state bidirectional thermal conductivity switching in antiferroelectric lead zirconate (PbZrO3), Nat. Commun. 13, 1573 (2022)
[3] Nataf et al. Domain-wall engineering and topological defects in ferroelectric and ferroelastic materials. Nat. Rev. Phys. 2, 634–648 (2020)

Contexte de travail

Le doctorant ou la doctorante travaillera au sein du laboratoire GREMAN (UMR CNRS 7347), qui possède une forte expertise sur les oxydes ferroélectriques (de leur croissance à leur intégration dans des dispositifs, en passant par leur caractérisation complète) et sur la mesure et la modélisation du transport thermique. Il ou elle travaillera très majoritairement sur le site de Blois, mais sera amené à effectuer certaines mesures sur la plateforme CERTeM (http://certem.univ-tours.fr/). Ce projet s'inscrit dans le cadre de l'ERC Starting Grant "DYNAMHEAT".

Durant la thèse, l'étudiant ou l'étudiante aura la possibilité de passer du temps dans plusieurs laboratoires internationaux : Université de Cambridge, Université de Darmstadt, Université du Luxembourg.

Informations complémentaires

Le candidat ou la candidate devra posséder un Master ou diplôme d'ingénieur en Physique, Chimie ou Sciences des Matériaux. Étudiant ou étudiante motivé et dynamique ayant de fortes capacités pour le travail expérimental, une bonne maîtrise de l'anglais (écrit et oral) ainsi que de fortes capacités rédactionnelles. Une expérience de stage en laboratoire de recherche sera appréciée.

Le processus de recrutement par le GREMAN (UMR CNRS 7347) se déroule en 2 étapes.

1) Présélection (date limite de candidature le 14 avril 2023) : le candidat ou la candidate doit transmettre une lettre de motivation (1 page maximum) et un CV détaillé (avec les contacts d'une ou deux références), via le portail de recrutement.

Toutes les candidatures seront examinées et une sélection de candidats ou de candidates seront invités à un entretien au GREMAN (ou en ligne) par les encadrants scientifiques (Guillaume Nataf : guillaume.nataf@univ-tours.fr et Fabien Giovannelli : fabien.giovannelli@univ-tours.fr).

2) Entretien par les encadrants scientifiques (avril 2023, au GREMAN ou en ligne) : chaque candidat ou candidate disposera de 20 minutes pour présenter son parcours et sa motivation par rapport au projet, suivi de 30 minutes de discussion.