Dynamique non linéaire d’aimantation excitée par des ondes acoustiques de surface
Les signaux RF sont omniprésents dans la société connectée d’aujourd’hui. D’un côté, les dispositifs à ondes acoustiques de surface fabriqués sur des substrats piézoélectriques sont largement utilisés pour discriminer les fréquences. Bien que très économes en énergie, ces dispositifs fonctionnent principalement dans des applications à bande étroite et effectuent des opérations linéaires conservant la fréquence. D’autre part, les dispositifs magnoniques s’appuient sur les propriétés spécifiques des ondes de spin dans les matériaux ferromagnétiques et sont hautement accordables et non linéaires, mais souffrent de pertes d’insertion importantes. Heureusement, les effets magnéto-élastiques et magnéto-rotatifs peuvent coupler la dynamique de l’aimantation d’un film ferromagnétique mince déposé sur un substrat piézoélectrique à celle de son réseau cristallin. Par exemple, nous avons récemment démontré qu’il est possible d’exciter la dynamique linéaire de l’aimantation d’un nanodisque ferromagnétique de CoFeB grâce à une onde acoustique de surface actionnée électriquement dans le substrat LiNbO3 sous-jacent [1].
L’objectif de cette thèse sera de démontrer que cela peut également être réalisé dans un régime non linéaire. Pour cela, le disque ferromagnétique sera aimanté dans le plan. Dans cette configuration, la précession de l’aimantation est elliptique, ce qui permet d’exciter paramétriquement les modes propres des ondes de spin du disque à l’aide d’un champ magnétique RF parallèle à l’aimantation du disque avec une fréquence proche du double des fréquences propres [2]. L’originalité ici sera de remplacer le champ d’excitation RF habituellement produit par une antenne inductive par les champs effectifs associés aux termes magnéto-élastiques et magnéto-rotationnels actifs lorsqu’une onde acoustique de surface est excitée dans le substrat. Ces mesures seront réalisées sur des échantillons fabriqués en collaboration avec un autre laboratoire (C2N) et grâce à une technique de microscopie à force magnétique hautement sensible développée au SPEC. Des simulations micromagnétiques utilisant Mumax3 seront également réalisées afin de comprendre le seuil en amplitude de l’onde acoustique à dépasser pour exciter les modes paramétriques dans le disque.
Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet NELSON (« Non-Linear Surface acoustic wave platform enabled by spin wave hybridizatiON ») récemment financé par l’ANR.
[1] R. Lopes Seeger et al., Phys. Rev. Lett. 134, 176704 (2025)
[2] T. Srivastava et al., Phys. Rev. Appl. 19, 064078 (2023)
Immobilisation de catalyseurs moléculaires pour la conversion du CO2
Le dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre, représente également une ressource abondante en carbone pouvant être valorisée en produits chimiques à forte valeur ajoutée. La réduction du CO2 par le dihydrogène est une voie classique, mais son coût énergétique reste élevé en raison de la forte énergie de dissociation de la liaison H–H. Une alternative repose sur l’utilisation d’hydrures inorganiques, tels que les hydrosilanes et les hydroboranes, dont les liaisons Si–H et B–H sont plus facilement activables. Ces composés permettent la réduction du CO2 dans des conditions plus douces via une étape d’hydrosilation catalysée en milieu homogène. Afin de mettre en place un cycle durable, les hydrures sont régénérés électrochimiquement à partir des chlorures de silyle. Dans une perspective de développement à grande échelle et de fonctionnement continu, la thèse vise à immobiliser les catalyseurs moléculaires sur des surfaces conductrices. L’objectif est de fonctionnaliser ces catalyseurs par l’introduction de groupes d’ancrage afin d’optimiser leur activité et d’augmenter la densité de sites actifs. Plusieurs stratégies chimiques et électrochimiques seront explorées. Les catalyseurs modifiés seront greffés puis caractérisés par des techniques physicochimiques et électrochimiques. Enfin, les performances des systèmes immobilisés seront évaluées en termes d’activité, de sélectivité et de stabilité, et comparées à celles des systèmes homogènes pour identifier les architectures les plus efficaces pour la valorisation du CO2.
Nouveaux qubits de spin pour le calcul quantique
La mémoire vive quantique (QRAM) est une ressource clé de l’informatique quantique, présente dans de nombreuses
propositions théoriques, mais qui n’a jamais fait l’objet d’une démonstration expérimentale. Une QRAM est une mémoire quantique dans laquelle
il est possible de lire ou d’écrire des informations quantiques dans une superposition de cellules de mémoire [1]. Un tel dispositif
constitue un outil puissant pour la mise en œuvre d’une multitude d’algorithmes quantiques, notamment l’algorithme de recherche de Grover
[2, 3], la chimie quantique [4, 5], la cryptographie quantique [6] et l’apprentissage automatique quantique
[7], et est considéré par beaucoup comme essentiel pour un futur ordinateur quantique. Sa réalisation s’est également avérée difficile
en raison de la complexité de la mise en œuvre de l’adressage quantique du stockage quantique [8, 9].
Ce projet de thèse s’inscrira dans le cadre d’un projet plus large en cours visant à développer une QRAM à partir de défauts de spin paramagnétiques individuels
à l’état solide couplés à des dispositifs supraconducteurs. L’objectif principal de ce projet est
d’étudier de nouveaux systèmes de spin et de nouvelles conceptions de dispositifs en vue de la réalisation d’une QRAM évolutive.
De nouvelles espèces de spin à rapport gyromagnétique élevé permettront d’atteindre de nouveaux régimes de couplage spin-circuit qui étaient
jusqu’alors inaccessibles. L’utilisation du silicium comme substrat permettra aux futurs dispositifs d’atteindre des
facteurs de qualité plus élevés et rendra possibles des architectures avancées en tirant parti de la maturité de la
fabrication des dispositifs en silicium. Des noyaux à spin élevé, tels que le 167Er, seront également étudiés, ce qui permettra de mener des expériences avec
des qudits à spin nucléaire à haute cohérence. Ces développements repousseront les frontières d’une nouvelle plateforme hybride
de dispositifs quantiques avec des possibilités excitantes à la fois pour des architectures de processeur quantique futures et pour des expériences de physique fondamentale.
Routeur quantique basé sur un circuit hybride spin-supraconducteur
La QRAM est une mémoire quantique dans laquelle il est possible de lire ou d’écrire des informations quantiques dans une superposition
de cellules de mémoire. Un tel dispositif constitue un outil puissant pour la mise en œuvre d’une multitude d’algorithmes quantiques
et est considéré par beaucoup comme essentiel pour un futur ordinateur quantique. Sa réalisation s’est toutefois avérée
difficile en raison de la complexité liée à la mise en œuvre de l’adressage quantique de la mémoire
quantique. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’un effort visant à utiliser des techniques récemment développées en matière de
détection de spin unique, de spectroscopie et de contrôle cohérent afin de mettre au point un routeur quantique, la cellule unitaire d’une
QRAM, en utilisant les spins électroniques et nucléaires à l’état solide. Ce travail de thèse consistera à mettre en œuvre
des schémas de portes CSWAP sur des défauts d’erbium dans du tungstate de calcium afin de réaliser une cellule unitaire de
QRAM à quatre qubits.
Variabilité naturelle des flux air-mer de CO2 durant l’Holocène et leur évolution sous l'effet du changement climatique.
Au cours de la dernière décennie (2013-2024), l'océan a absorbé environ 2,9 ± 0,4 Gt C par an, soit environ 30 % des émissions anthropiques issues des combustibles fossiles. Les variations des flux air-mer reflètent la superposition de la variabilité interannuelle à centenaire du cycle naturel du carbone et la réponse au forçage anthropique. À des échelles de temps interannuelles à décennales, et jusqu’à présent, les modes de variabilité climatique naturelle semblent être les principaux moteurs des fluctuations interannuelles du puits de carbone océanique. Parmi ces modes, l’ENSO (El Niño–Oscillation australe) joue un rôle prépondérant. L'année 2023 a vu la combinaison d'un tel épisode dans le Pacifique équatorial et d'anomalies de chaleur dans les régions extratropicales et subpolaires. Le renforcement attendu du puits de carbone océanique en réponse à l'épisode El Niño (diminution du dégazage de CO2) a été compensé par un excès de dégazage dans les régions extratropicales et subpolaires, en particulier dans l'Atlantique Nord. Cette situation semble sans précédent et illustre les interactions entre le cycle naturel et le forçage anthropique (dans ce cas, l'anomalie de température à la surface de l'océan). Pour comprendre les fluctuations actuelles et futures des flux de CO2 air-mer, il est donc important de comprendre leur variabilité naturelle.
L'holocène est une période caractérisée par un climat moyen relativement stable et des modes de variabilité climatique similaires à ceux observés actuellement. Ce sujet tire partie de cette relative stabilité du climat moyen de l’holocène pour étudier la variabilité naturelle des flux air-mer de CO2 aux échelles interannuelles et décennales. Il s’agira d’établir une ligne de base contre laquelle évaluer les variabilités contemporaines et futures.
L’objectif sera dans un premier temps de confirmer et de quantifier le rôle joué par les modes de variabilité climatiques régionales (e.g. ENSO, Pacifique Equatorial) dans la variabilité des flux air-mer de CO2 au cours de l’holocène Il s’agira ensuite d'explorer l’existence de phénomènes de compensation similaires aux observations de 2023. En fonction des résultats obtenus, l’approche sera appliquée par la suite aux périodes historique et future.
Déterminants de la sélectivité d’interaction entre ions lanthanides et actinides et le domaine N-terminal de la calmoduline
Les lanthanides sont des métaux d’intérêt stratégique, pour lesquels de nouveaux procédés d’extraction plus sélectifs sont recherchés. Les métallo-protéines sont des macromolécules capables de réguler de façon très fine les propriétés des sites métalliques, leur affinité et leur sélectivité pour le métal d’intérêt. Le but de cette thèse est d’optimiser des sites protéiques affins pour les lanthanides (Ln(III)) et l’américium (Am(III)) et surtout sélectifs au sein de la série des Ln(III) ou entre Am(III) et Ln(III).
Elle s’appuiera sur les travaux récents des équipes BIAM/IPM et ISEC/LILA qui ont montré la possibilité de générer des sites affins pour les Ln(III) et l’Am(III), LogK ˜ 9-12, en introduisant un peptide de fixation des lanthanides (LBT, Nitz et al. 2004) en place du site de fixation du calcium sur le domaine N-terminal de la calmoduline (Berthomieu et al. 2026 EurJIC; Daronnat et al. en préparation).
L’objectif de cette thèse est d’explorer l’effet des modifications de la séquence d’acides aminés impliquée dans la liaison des lanthanides dans les sites 1 et 2 du domaine N-terminal de la calmoduline sur l’affinité de la protéine et sa sélectivité intra-lanthanides ou Ln(III)–Am(III) ainsi que son effet sur une éventuelle coopérativité de fixation entre les deux sites. Des protéines/peptides de plus petite taille seront également étudiés pour optimiser les capacités de capture et permettre l’obtention de données structurales par RMN en solution.
Cette thèse mettra en jeu de l’ingénierie protéique (évolution dirigée ciblée, modifications post-traductionnelles) guidée par des approches d’IA et de dynamique moléculaire, ainsi que l’analyse des propriétés d’interaction protéine – éléments f par des approches complémentaires de spectroscopie et de chimie analytique (notamment UV-Vis, Fluorescence, SLRT, IRTF, RMN, ITC, cristallographie des protéines). Elle permettra d’évaluer la possibilité de mettre en œuvre des approches biosourcées pour l’extraction sélective d’éléments f.
Développement de µLED rouges et RGB pour les microécans et la communication rapide
Contexte : Les microLED (µLED) constituent une technologie prometteuse pour la réalisation de mini-écrans à forte brillance (lunettes de réalité augmentée ou les montres connectées). D’une taille inférieure à 20 µm, ces µLED sont obtenues par gravure d’une structure planaire sur saphir intégrant des puits quantiques InxGa1-xN. La longueur d’onde émise est directement pilotée par la teneur x en indium des puits quantiques (x˜15 % pour le bleu, 25 % pour le vert, 35–40 % pour le rouge). Si les nitrures offrent d’excellentes performances dans le bleu, l’efficacité chute fortement lorsque la taille des µLED diminue. Pour lever ce verrou, une approche innovante repose sur la réalisation de microfils en géométrie cœur/coquille. Cette architecture permet de préserver l’efficacité d’émission quelle que soit la taille et de pouvoir communiquer des données au GHz (technologie développée au sein de la start-up grenobloise Aledia). Malgré leur fort potentiel, les LED à microfils cœur/coquille se heurtent encore à un enjeu scientifique majeur: l’obtention d’émission rouge. L’incorporation d’indium reste limitée à 25 %, seuil insuffisant pour atteindre le rouge. Ce verrou technologique freine aujourd’hui l’émergence de µLED trichromatiques RGB. Notre équipe a démontré des résultats pionniers dans de domaine, où nous avons réalisé les 1er puits quantiques InGaN cœur/coquille à 15 % pour une émission bleue et à 25% pour une émission verte. Malgré ces avancées, le défi reste entier pour réaliser une émission rouge.
Objectifs : Une nouvelle idée a émergé pour aller au-delà des 25% pour la technologie microfil cœur-coquille et ainsi viser l’émission rouge, ce qui a donné lieu à un dépôt d’un brevet en 2025. Des résultats préliminaires se sont révélés très prometteurs et nous souhaitons poursuivre ce travail à travers une thèse avec un trible objectif :
- Démontrer l’émission rouge en variant les paramètres géométriques des microfils (diamètre…)
- Réaliser des µLED le rouge
- Réaliser des µLED trichromique RGB en un seul run de croissance
Collaborations: Ce projet s’appuie sur une étroite collaboration avec le LTM (Laboratoire de la Technologie de la Microélectronique) pour la réalisation de réseaux de microfils GaN par garvure. Les études d’épitaxie de LED cœur/coquille seront menées au CEA à PHELIQS grâce au bâti d’épitaxie MOCVD en intégrant des analyses structurales/optiques. La dernière étape vise à réaliser les dispositifs LED à microfils grâce au savoir-faire développé à l’Institut Néel via la salle blanche NanoFab.
Pourquoi rejoindre ce projet ? Acquérir une expertise en épitaxie, en physique des semiconducteurs et en optoélectronique. Travailler dans un environnement dynamique et collaboratif, étroitement lié au monde de l'industrie. Contribuer au développement des prochaines générations de µLED destinées aux micro-écrans et aux communications GHz.
Financement : Sujet de thèse financée par le Labex « µelectronics » de l’UGA.
Mesure et modélisation de l'activité chimique des composant de milieux complexes en hydrométallurgie
Les procédés d’extraction modernes reposent sur l’utilisation optimale de fluides complexes dont la compréhension détaillée reste trop empirique. Pour y palier, de nouveaux progiciels de simulation multi-échelle sont développés, avec un des inconnues à l’échelle mésoscopique, où l'agrégation des molécules, les structures d'interfaces (etc.) n’y sont pas bien compris. L’activité chimique est ici clé, puisqu’elle contrôle les processus d’échange et de transfert. La connaitre permet de valider ces progiciels. Il faut donc pouvoir la mesurer et analyser de manière fiable pour chaque composant, notamment ceux volatils. Nous avons proposé de le faire par mesure de leurs pressions partielles. Une première version d’un appareil microfluidique a ainsi été développée et brevetée qui permet de mesurer simultanément par spectroscopie infrarouge dans un guide d’onde creux, les pressions partielles des composants volatils. Ce dispositif expérimental prototype a été validé sur des systèmes simples. L’objectif de cette thèse est de démontrer le potentiel applicatif de cet outil unique pour la simulation et le développement rapide de procédés, en s’intéressant à des cas concrets importants, à la fois du point de vue expérimental que de celui de la modélisation. Ce type d’études serait totalement inédit et permettrait de vérifier expérimentalement pour la première fois les prédictions de stabilité de fluides complexes.
L’étudiant(e) en thèse devra dans un premier temps faire une mise à jours de la brique microfluidique. Il/elle l’utilisera ensuite pour mesurer les activités chimiques des fluides complexes précités et travaillera à l’interface avec Jean-François Dufrèche pour tester / valider / développer plus avant les progiciels. Dans un deuxième temps, à la NTU de Singapour et sous la co-direction du professor Alex Yan Qingyu (https://personal.ntu.edu.sg/alexyan/ ), il/elle utilisera la plateforme microfluidique dupliquée qui est actuellement assemblée, pour appliquer ces résultats au développement rapide d’un procédé d’extraction d’un métal critique issu du recyclage des composants électroniques des circuits imprimés (laboratoire commun SCARCE).
Résultats attendus : publications, progiciel propriétaire et brevets éventuels sur les nouveaux procédés développés.
Mise en lumière des rôles de signalisation des polyphosphates d'inositol dans la croissance et le développement des plantes
Les polyphosphates d'inositol (InsP), en particulier leurs dérivés pyrophosphates (PP-InsP), ont récemment été identifiés comme des molécules de signalisation présentes chez tous les eucaryotes. Des recherches approfondies ont été menées sur la voie des PP-InsP, révélant son implication dans l'organogenèse et diverses maladies telles que les métastases cancéreuses, l'obésité et le diabète. Les PP-InsP cellulaires existent en faibles concentrations, sous forme d'isoformes complexes, et leur renouvellement est rapide, ce qui rend leur suivi et leur analyse particulièrement difficiles. Cela limite l'étude des PP-InsP, notamment en ce qui concerne la définition de leurs rôles spécifiques ou de leur distribution supposée variable entre les cellules et les tissus. Pour résoudre ce problème, ce projet vise à créer des rapporteurs cellulaires permettant de surveiller les PP-InsP en temps réel. Étant donné que la voie du PP-InsP est conservée, le développement de capteurs de PP-InsP chez les plantes aura un impact plus large sur l'étude des caractéristiques fondamentales de la signalisation du PP-InsP chez les animaux. Par exemple, le transfert des rapporteurs de PP-InsP vers des lignées cellulaires cancéreuses pourrait permettre, à l'avenir, de mieux comprendre les métastases cancéreuses régulées par le PP-InsP.