Doctorant (H/F) – Étude théorique de la spectroscopie par diffraction atomique des matériaux bidimensionnels

Description du Poste

Sujet De Thèse

Dans un article récent publié dans Physical Review Letters (Phys. Rev. Lett. 135, 263403 (2025)) et mis en avant par les éditeurs de la revue pour son caractère particulièrement original (DOI : 10.1103/Physics.18.s166), nous avons développé une nouvelle technique spectroscopique permettant de sonder avec une très grande précision les interactions entre un atome et une surface.
Dans ce travail théorique et expérimental, un faisceau d’atomes d’hydrogène rapides est transmis à travers une feuille de graphène, matériau bidimensionnel constitué d’une unique couche d’atomes de carbone organisée selon un réseau hexagonal. Lors de leur traversée de cette membrane ultramince, ou plus précisément lors de la propagation de leurs ondes de matière, les atomes produisent des figures de diffraction, analogues aux motifs d’interférences observés lorsqu’une onde lumineuse traverse un réseau optique. Ces figures révèlent directement la qualité structurale du graphène, son très haut degré d’ordre cristallin et sa pureté, tout en fournissant des informations quantitatives sur les interactions entre les atomes d’hydrogène et la surface.
L’interprétation des résultats expérimentaux a nécessité une comparaison approfondie avec des calculs théoriques décrivant le potentiel d’interaction atome-surface. Seules les simulations de mécanique quantique les plus sophistiquées, fondées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), ont permis de reproduire quantitativement les observations expérimentales. Cet excellent accord met en évidence la très grande sensibilité de cette nouvelle méthode, capable de détecter des variations extrêmement faibles des interactions atome-surface. Au-delà de son intérêt fondamental, cette approche ouvre une nouvelle voie pour l'étude des matériaux à l'échelle atomique en utilisant des atomes neutres plutôt que des particules chargées telles que les électrons, avec l'avantage majeur de perturber très faiblement les systèmes étudiés.
Dans le prolongement de ces résultats, nous souhaitons, dans le cadre de cette thèse, développer les outils théoriques nécessaires à l'étude d'autres matériaux bidimensionnels isolants, en collaboration avec l'équipe expérimentale de Xavier Urbain (Université catholique de Louvain, Belgique) et Raj Sinha-Roy (Université Claude Bernard Lyon 1) sur les aspects théoriques et de simulations numériques. L'objectif sera d'analyser l'influence de la nature du matériau, et du projectile incident (autre que l’hydrogène) sur les motifs de diffraction, afin d'accéder avec une grande précision aux potentiels d'interaction atome-surface. Une attention particulière sera également portée aux processus inélastiques, qui seront étudiés à l'aide de méthodes de dynamique électronique fondées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendant du temps (TDDFT), ouvrant ainsi la voie à une description plus complète des mécanismes d'interaction entre atomes rapides et matériaux bidimensionnels.

Votre Environnement de Travail

Le travail de thèse sera réalisé à l'Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), au sein de l'équipe Q-Dyno (https://www.ipcms.unistra.fr/equipe/dynamique-quantique-theorique-dyno/) du Département d'Optique Nonlinéaire (DON). Il consistera à développer des modèles théoriques et à mettre en œuvre des simulations numériques afin de prédire les propriétés de diffraction et les mécanismes d'interaction entre atomes rapides et matériaux bidimensionnels. Les développements théoriques seront conduits en étroite collaboration avec l'équipe expérimentale de l'Université catholique de Louvain en Belgique, garantissant un échange permanent entre les prédictions du modèle et leur validation expérimentale.
L'IPCMS est situé sur le campus Cronenbourg, facilement accessible par les transports en commun (tramway et bus) ainsi que par les réseaux cyclables de l'Eurométropole. Le campus offre un environnement de travail agréable comprenant notamment un restaurant universitaire et des infrastructures sportives.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

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À propos du CNRS

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