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Thèse (H/F) sur les processus de polarisation dans les décharges d'hélium à fort champ magnétique

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

Date Limite Candidature : jeudi 28 octobre 2021

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Informations générales

Référence : UMR8552-GENTAS-001
Lieu de travail : PARIS 05
Date de publication : jeudi 16 septembre 2021
Nom du responsable scientifique : Geneviève TASTEVIN
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 2 novembre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Contexte scientifique : le projet HELPING
La thèse proposée s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche collaboratif financé par l'ANR, HELPING (High field Enhancement of nucLear Polarisation In Noble Gases, 2021-2025) associant le Laboratoire Kastler Brossel (UMR 8552, Paris) et le laboratoire LSDRM de l'unité NIMBE (UMR 3685, CEA Saclay). [1]
Le projet HELPING a pour but le développement de techniques innovantes d'hyperpolarisation des gaz rares à fort champ magnétique. Il concerne essentiellement les isotopes de spin nucléaire 1/2 (3He et 129Xe), utilisés dans diverses expériences de physique fondamentale ou appliquée ainsi que pour des études RMN en chimie, science des matériaux, biologie ou médecine. L'opération en champ fort, rarement explorée jusqu'ici, présente à la fois un intérêt fondamental (étude de l'influence du champ appliqué sur les processus de construction et destruction de la polarisation) et pratique (réduction, voire élimination, des délais et des pertes de polarisation liés à la gestion et au transfert du gaz dans l'appareil de mesure).
Physiciens et spécialistes de RMN entreprennent de conjuguer efforts théoriques et expérimentaux pour aboutir à une compréhension approfondie des mécanismes d'hyperpolarisation et de leurs limites éventuelles à fort champ, et ainsi favoriser l'élaboration de stratégies permettant d'accroître significativement la polarisation nucléaire obtenue (et, donc, la sensibilité de détection). Un spectromètre/imageur RMN à super grand cœur, situé au CEA Saclay, accueillera les dispositifs expérimentaux destinés aux études d'hyperpolarisation jusqu'à 7 Tesla et aux mesures RMN qui constitueront les tests de faisabilité.

Sujet de la thèse :
Le travail de thèse se concentrera sur les processus d'hyperpolarisation de l'hélium dans les décharges gazeuses radiofréquence : le pompage laser à 1083 nm (MEOP, pompage optique par échange de métastabilité) et un procédé d'hyperpolarisation sans laser récemment découvert pour l'3He (PAMP, polarisation d'atomes dans un plasma aimanté [2]). Il aura pour but une étude théorique, numérique et expérimentale de la dynamique d'hyperpolarisation de l'3He à fort champ magnétique (0.1 T – 7 T).
Les mesures associeront de la spectroscopie laser en absorption à de la polarimétrie optique et RMN. Elles seront réalisées sur des échantillons gazeux d'3He pur, puis seront étendues aux mélanges gazeux isotopiques 3He-4He et pourront inclure des tests à basse température. De nouveaux comportements sont attendus, à cause de la dépendance en champ de la structure des niveaux atomiques, des interactions collisionnelles et des processus de relaxation nucléaire [3]. Des modèles adéquats d'évolution temporelle du système seront développés afin de rendre compte de tous les résultats obtenus et d'en prédire d'autres de manière fiable pour des conditions opératoires différentes.

Références :
[1] Site internet du projet : http://www.lkb.upmc.fr/polarisedhelium/polarised-helium-and-quantum-fluids/helping-project/
[2] https://arxiv.org/abs/1806.07624, "Nuclear hyperpolarization of ³He by magnetized plasmas", Maul A. et al., Phys. Rev. A (2018) 98, 063405.
[3] https://arxiv.org/abs/1612.04178, "Optically polarized ³He", Gentile T.R. and al., Rev. Mod. Phys. 89, 045004 (2017).

Contexte de travail

Le laboratoire d'accueil (Laboratoire Kastler Brossel, LKB; http://www.lkb.science) fait partie des leaders mondiaux en physique quantique et excelle dans l'usage de la lumière pour interroger ou contrôler les atomes. Il contribue au progrès de la science fondamentale et appliquée par un éventail d'activités de recherche ayant trait aux gaz ultra-froids, à l'optique et à l'information quantiques, aux atomes et à la lumière dans les systèmes complexes, aux tests des interactions fondamentales et à la métrologie.

L'équipe d'accueil "Hélium polarisé" poursuit au LKB dans le Département de Physique de l'ENS (24 rue Lhomond, Paris 05, France) un travail de recherche centré sur la physique de l'hyperpolarisation des gaz rares, l'emploi des gaz hyperpolarisés pour diverses applications, et le développement d'outils ou de méthodes innovantes pour la RMN et l'IRM à bas champ. Des informations détaillées sur ses activités et ses collaborations sont disponibles sur la page web de l'équipe:
http://www.lkb.upmc.fr/polarisedhelium/polarised-helium-and-quantum-fluids.

Précisions sur le lieu : Une partie du travail (mesures dans un instrument RMN à 7 Tesla) sera effectuée sur le site du CEA Saclay, dans le Laboratoire de Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LSDRM) de l'unité de recherche NIMBE ("Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine, et l'Energie").

Informations complémentaires

Précisions sur la date de début : Le travail de thèse devra commencer le plus tôt possible, au cours de l'automne 2021. La date exacte de début est un peu flexible. Néanmoins, une limite stricte pour le démarrage effectif de la thèse est imposée par la durée totale du financement ANR du projet HELPING, qui doit impérativement inclure l'intégralité des 36 mois de contrat doctoral.

Formation et compétences recherchées : Diplôme de Master 2 en physique ou équivalent. Un solide socle de connaissances fondamentales dans ce domaine est requis. La préférence ira aux candidatures attestant de formations approfondies en physique atomique, interaction matière-rayonnement et spectroscopie laser. Les capacités de communication à l'écrit comme à l'oral (en anglais, accessoirement en français), l'aisance relationnelle, ainsi que le goût pour l'autonomie, pour le travail expérimental et numérique, ainsi que pour l'interprétation des résultats seront appréciés.

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