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Doctorant - Etudes numériques des propriétés électroniques aux interfaces d'oxydes multiferroïques (H/F)

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Informations générales

Référence : UPR8011-REMARR-001
Lieu de travail : TOULOUSE
Date de publication : jeudi 5 mars 2020
Nom du responsable scientifique : Rémi Arras
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Le sujet de thèse proposé porte sur l'étude numérique des propriétés électroniques, magnétiques et structurales à l'interface entre une ferrite magnétique de structure spinelle MFe2O4 (M = Fe, Co, Ni,…) et l'oxyde ferroélectrique BaTiO3 de structure pérovskite.

Les oxydes de métaux de transition sont des matériaux particulièrement attractifs, tant du point de vue fondamental que de leurs applications potentielles. Ces composés présentent en effet des diagrammes de phases très riches, les rendant multifonctionnels et très versatiles. Leur composition chimique peut être ajustée, d'une part pour contrôler leurs propriétés physiques, ouvrant la voie à une nouvelle génération de composants électroniques tout-oxyde, d'autre part pour sélectionner des hétérostructures non-toxiques et recyclables.

Au cours de cette thèse, l'étudiant s'intéressera aux mécanismes pouvant induire un changement de la conductivité dans les couches de ferrites au voisinage de leur interface avec BaTiO3. Il a en effet été montré que le degré d'oxydation du Fe pouvait être modifié en appliquant une tension à l'aide d'un microscope à force piézoélectrique, permettant ainsi de créer localement des canaux de conduction [1,2].
Les calculs ab initio réalisés permettront de comprendre l'établissement de ces canaux conducteurs et de vérifier les hypothèses proposées, celles-ci faisant par exemple intervenir la migration de défauts de structure (lacunes d'oxygène [3], etc.) ou des échanges de charges inter-cations [4]. Dans un second temps, l'étudiant s'attachera à calculer les propriétés multiferroïques et le couplage magnéto-électrique [5] qui peut être induit à cette interface. Une étude détaillée pour décrire le mieux possible l'influence de l'interface (états de polarisation électrique, terminaison d'interface, déformations tétragonales en fonction de l'épaisseur, etc.) sur ces différentes propriétés sera décisive pour obtenir une compréhension globale des systèmes étudiés.

L'étudiant candidat à cette thèse devra montrer un fort intérêt pour la physique fondamentale de la matière condensée, ainsi que pour les simulations numériques. La volonté de s'inclure dans un projet et de travailler avec des expérimentateurs est essentielle. De bonnes bases en programmation, ainsi qu'une expérience dans l'utilisation de méthodes numériques de calculs de structure électronique seront considérées comme un plus.

Ce sujet de thèse bénéficie d'un financement ANR (projet MULTINANO).

Références :
[1] N. Jedrecy, et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 10, 28003 (2018).
[2] T. Aghavnian, Couplages magnéto-électriques dans le système multiferroïque artificiel BaTiO3/CoFe2O4, Thèse de doctorat (2016).
[3] R. Arras, et al., Appl. Phys. Lett. 100, 032403 (2012).
[4] R. Arras et L. Calmels, Phys. Rev. B, 045411 (2014).
[5] R. Arras et S. Cherifi-Hertel, ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 34399 (2019).

Contexte de travail

La thèse s'effectuera au CEMES (UPR 8011) à Toulouse. L'étudiant intégrera l'équipe MEM (Matériaux et dispositifs pour l'électronique et le magnétisme).

Le contrat pourra démarrer idéalement en septembre ou octobre 2020, mais la date peut être ajustée suivant les contraintes du candidat.

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