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Thèse de doctorat (H/F) : Simulation de l'hystérésis dynamique d'assemblées de nanoparticules magnétiques : application à l'hyperthermie

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

Date Limite Candidature : mardi 11 octobre 2022

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Informations générales

Référence : UPR8521-FRAVER-002
Lieu de travail : PERPIGNAN
Date de publication : mardi 20 septembre 2022
Nom du responsable scientifique : Francois Vernay
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 17 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

L'hyperthermie magnétique, qui est l'objet d'une importante activité de recherche dans le domaine des nanomatériaux magnétiques, consiste à convertir en chaleur l'énergie magnétique absorbée par des nanoparticules magnétiques (NPM) sous l'effet d'un champ extérieur oscillant. Compte tenu de l'échelle nanométrique mise en jeu, les dispositifs basés sur ce processus permettent d'obtenir une élévation de température à la fois ciblée et très localisée. Les applications se situent essentiellement en catalyse et en médecine pour le traitement de tumeurs cancéreuses. Les systèmes concernés sont soit des solutions colloïdales dispersées (ferrofluides) ou des assemblées à forte concentration, voire des agrégats de NPM (nanosystèmes multi cœurs). Bien que l'hyperthermie magnétique ait été étudiée de façon importante, la description fine de la diffusion de chaleur, et en particulier du profil de température temporel et spatial au voisinage des NPM est manquante. Il en est de même pour la compréhension précise de l'optimisation du processus en fonction des paramètres structuraux des assemblées de NPM. Les NPM étant des objets monodomaines magnétiques, les interactions dominantes entre NPM sont d'origine dipolaire auxquelles on doit ajouter, outre le champ extérieur, un terme d'anisotropie magnétocristalline. L'efficacité de l'hyperthermie est définie par le taux d'absorption spécifique (SAR) calculé par l'aire de la boucle d'hystérèse au cours d'un cycle ou par la partie imaginaire de la susceptibilité magnétique, χ''(ω). L'objet de la thèse est dans un premier temps de déterminer par simulations numériques le SAR d'agrégats et d'assemblées de NPM en fonction de leur structure, à savoir fraction volumique, forme et taille, en vue d'une optimisation du SAR. Ces simulations feront appel à un schéma Monte Carlo dynamique permettant de suivre les états métastables. On examinera les méthodes de type time quantified Monte Carlo (TQMC) [1] et Monte Carlo cinétique (KMC) [2] dont les codes seront dérivés de la version utilisée pour les propriétés à l'équilibre [3]. Une approche de type micromagnétisme faisant appel aux éléments finis sera envisagée afin d'introduire des effets de couplage entre les NPM et la matrice hôte. Dans un deuxième temps, on examinera des approches analytiques, essentiellement basées sur des développements en perturbation, valables a priori pour des interactions dipolaires faibles [4]. Enfin, une étude du profil local de température sera envisagée, basée sur une équation de diffusion de la chaleur, faisant intervenir le SAR comme terme source et un coefficient de Newton pour le couplage NPM/ matrice. La thèse se place dans le cadre d'un projet global financé par l'ANR et comprenant une partie expérimentale allant de la synthèse d'échantillons de NPM aux mesures magnétiques et de SAR. En conséquence, une comparaison entre théorie et expériences est sous-jacente sur l'ensemble du travail de thèse.
[1] X.-Y. Cheng et al. Prhys. Rev. Lett. 96, 067208 (2006).
[2] T.-J. Fal et al. Phys. Rev. B 87, 064405 (2013).
[3] V. Russier et al. Phys. Rev. B. 102, 174410 (2020).
[4] J.-L. Déjardin et al. J. Appl. Phys. 121, 203903 (2017).

Contexte de travail

La thèse s'effectuera dans le cadre du projet ANR NanoHype et impliquera deux partenaires du consortium. L'un situé à l'ICMPE de Thiais (CNRS et Université Paris-Est Créteil), l'autre situé à Perpignan, au laboratoire PROMES (CNRS et Université de Perpignan Via Domitia). Le responsable scientifique à Thiais est le Dr. Russier

Contraintes et risques

Néant (Thèse en théorie de la matière condensée)

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