Description du sujet de thèse

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet ANR PRCI, mené en étroite collaboration entre le LSPM (Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux, Université Sorbonne Paris Nord) et l'Erich Schmid Institute of Materials Science (ESI, Autriche). L'objectif principal est le développement de couches minces en verre métallique présentant des propriétés mécaniques optimisées.
Les taches principales de cette thèse seront :
(i) Elaboration de couches minces en verre métallique ZrCu par techniques PVD (pulvérisation cathodique) avec diffèrent compositions et control de la teneur en oxygène dans la couche.
(ii) Mise en œuvre de traitements thermiques pour modifier l'ordre local et ajuster la quantité de volume libre dans les matériaux.
(iii) Caractérisation structurale avec des techniques MEB/EDX/XRD etc.
(iv) Caractérisation mécanique avec techniques optoacustiques, nanoindentatio et test de traction sur substrat en polymère.
(v) Réalisation de tests mécaniques avancés dans un microscope électronique à balayage (MEB), incluant la compression de micropiliers et la nanoindentation.
Cette approche intégrée permettra d'approfondir la compréhension des propriétés des couches minces en verre métallique et d'optimiser leur performance pour des applications avancées.
La thèse a pour but aussi de dynamiser la collaboration LSPM-ESI avec des échanges réguliers, visites, discussion scientifiques, échange d’échantillons.

Contexte de travail

Cette thèse est menée dans le Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM) qui est une unité de recherche du CNRS composée de 135 personnes, située sur le campus de l’Université Sorbonne Paris Nord (USPN).

Au sein du LSPM, cette thèse se déroulera dans l’opération de recherche (OR) 2MF (Mécanique des films minces fonctionnels) qui est reconnue pour son expertise dans la synthèse et la caractérisation structurale/mécanique des films minces. Récemment, l’OR a développé cette activité avec le l’acquisition de nouveaux techniques état de l’art pour la caractérisation in situ microscopie électronique à balayage (MEB) visant à relier les propriétés mécaniques à l'échelle (sub)micrométrique avec la structure atomique et microstructurale des films. Plus spécifiquement l’OR disposes de :

+Deux bâtis PVD (pulvérisation cathodique) qui permettent de fabriquer une variété de films aux compositions et microstructures contrôlées (taille de grains, nanointerfaces, etc.).
+D’un nanoindenteur FemtoTools (FT-NMT04) pour des tests mécaniques ex situ et in situ au MEB, équipé de plusieurs capteurs et pointes (Berkovich et flat punch) pour les indentations standard/CSM ou la compression de micropiliers avec des plages de force allant de 2 mN à 2 N. L’instrument peut également être utilisé pour des expériences in situ au MEB avec chauffage jusqu’à 800 °C en conditions isothermes (pointe et échantillon chauffés à la même température).
+Des techniques opto-acoustiques non destructives (une diffusion Brillouin et une ultrasonique par laser picoseconde) permettant d’extraire l’ensemble des constantes élastiques. Ces expériences peuvent également être réalisées avec chauffage in situ jusqu’à 1500 °C sous vide.

En outre, tous les services communs du LSPM seront disponibles pour bien développer cette thèse. Cela inclues :

+Plusieurs diffractomètres à rayons X (XRD, Cu et Co Kα) et un nouveau diffractomètre Bruker D8 à la pointe de la technologie avec réflectivité des rayons X (XRR) et fonction de distribution de paires (PDF) livré en novembre 2024.
+ Deux microscopes électroniques à balayage (MEB), ZEISS VP Supra 40 et Zeiss Gemini 360 Field Emission Scanning Electron Microscope, équipés d’un système Oxford EDX/EBSD de pointe (acquis en 2024).
+ Deux AFM pour la caractérisation de surface avec différentes plages de balayage et résolutions.
+ Plusieurs fours pour effectuer des traitements thermiques dans différentes atmosphères.

La thèse sera encadrée par le Dr Matteo Ghidelli (H), chercheur au CNRS (HDR) et responsable de l’équipe 2MF est expert en synthèse de couches minces exploitant des concepts avancés de nanoingénierie et en caractérisation mécanique à l’échelle microscopique avec des techniques in situ MEB.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une étroite collaboration entre le LSPM et l'Erich Schmid Institute of Materials Science (ESI, Autriche) dans un environnement très dynamique. Plusieurs échanges entre les deux partenaires sont prévus et notamment pour la caractérisation a la micro échelle (microscopie électronique en transmission et Sonde atomique tomographique) qui seront effectuer en Autriche.

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

Pas des risques.