Etude des processus électroniques dans les LEDs nitrures par microscopie d’électro-émission
Les LEDs à base de nitrures sont aujourd’hui universellement utilisées pour l’éclairage basse consommation. Elles sont extrêmement efficaces à faible teneur en indium et à faible densité de courant, ce qui permet de réaliser les LEDs blanches commerciales à partir d’une LED bleue et d’un phosphore qui absorbe le bleu et réémet un spectre large dans le visible. Cependant, les LEDs nitrures souffrent d’une chute d’efficacité drastique à plus forte densité de courant et à plus forte concentration en indium, pour une émission dans le vert ou le rouge. Cela est un frein à l’extension de leur utilisation, pour obtenir des meilleures efficacités avec moins de matériau ainsi qu’un meilleur rendu de couleur. Ces chutes d’efficacité sont en partie dues à une augmentation des processus Auger-Meitner à trois particules, qui sont fortement impactés par les hétérogénéités locales du dispositif, et peuvent être réduites par une ingénierie spécifiques des défauts structurels des matériaux nitrures. Cette thèse propose d’étudier les processus électroniques dans des LEDs nitrures in operando, grâce à la microscopie d’électro-émission. En particulier, les mécanismes d’injections des charges dans la partie active des LEDs ainsi que les processus Auger-Meitner seront investigués et quantifiés. La résolution spatiale de la technique permettra de caractériser le rôle des hétérogénéités (défauts ou désordre d’alliage) sur les processus de pertes.
Etude expérimentale des couches limites en convection turbulente par spectroscopie d'ondes multi-diffusées.
La convection turbulente est un des principaux moteurs des écoulements géophysiques et astrophysiques et est donc un élément clef de la modélisation du climat. Elle intervient aussi dans de nombreux écoulements industriels. L'efficacité du transport est souvent limitée par des couches limites dont la nature et les transitions en fonction des paramètres de contrôle sont mal connues.
Le but de cette thèse sera de mettre en place d’une expérience de convection pour sonder le taux de dissipation dans les couches limites dans le régime turbulent grâce à une technique innovante développée dans l’équipe : la spectroscopie d’ondes multi-diffusées.
Supraconductivité topologique et surface de Fermi dans les supraconducteurs à spin triplet
La supraconductivité topologique est devenue un sujet de recherche intense en raison de son potentiel pour des avancées majeures dans le domaine de l'information quantique. Les systèmes massifs représentent une possibilité prometteuse, avec des candidats principalement trouvés parmi les supraconducteurs non conventionnels, qui sont également des systèmes d'électrons fortement corrélés. À ce jour, seuls quelques composés candidats pour la supraconductivité topologique de volume existent, et ils sont principalement des supraconducteurs lourds à base d'uranium. L'UTe2 est l'un des candidats les plus prometteurs. Les propriétés topologiques des supraconducteurs dépendent crucialement de la topologie de la surface de Fermi.
Dans ce projet, nous souhaitons mettre en place une nouvelle technique (pour notre équipe) reposant sur un circuit oscillateur à diode tunnel. Cette technique est très sensible aux oscillations quantiques et est bien adaptée aux études sous champs magnétiques élevés et sous haute pression. Les premières expériences se concentrent sur le nouveau supraconducteur UTe2, dont la surface de Fermi n'est que partiellement connue. Des études ultérieures réviseront les propriétés topologiques des supraconducteurs ferromagnétiques UCoGe et URhGe.
Calibration des nouvelles chambres à projection temporelle à grand angle de l'expérience T2K et mesure de la violation de CP dans les oscillations des neutrinos
Le projet de thèse proposé s’inscrit dans l’étude des oscillations des neutrinos, un phénomène quantique clé pour explorer la Nouvelle Physique au-delà du Modèle Standard. Ces oscillations, comparées entre neutrinos et antineutrinos, pourraient apporter des éclaircissements sur l'une des questions les plus fondamentales de la physique des particules : l'origine de l'asymétrie matière-antimatière dans l'Univers.
L’expérience T2K, située au Japon, étudie ces oscillations en générant un faisceau intense de neutrinos (et antineutrinos) muoniques. Ce faisceau est mesuré à deux endroits : un détecteur proche, utilisé pour réduire les incertitudes systématiques liées au flux de neutrinos et aux modèles d’interaction, et un détecteur lointain (Super-Kamiokande), chargé de mesurer la disparition des neutrinos muoniques et l’apparition des neutrinos électroniques après oscillations.
Le projet de thèse se divise en deux parties. La première consistera à calibrer les nouveaux détecteurs (nouvelles chambres à projection temporelle utilisant la technologie MicroMegas resistive) pour mesurer le spectre en énergie des neutrinos et à évaluer les incertitudes systématiques associées. La seconde partie portera sur l’analyse des nouvelles données collectées, permettant d’obtenir des mesures plus précises des paramètres d'oscillation, d'améliorer la compréhension des interactions neutrino-noyau, et de mesurer la violation de CP dans les oscillations des neutrinos avec une précision de 3 sigma dans le cas d’une violation maximale, comme l’indiquent les derniers résultats de T2K, et à terme 5 sigma dans la future expérience Hyper-Kamiokande, qui utilisera le même faisceau et le même détecteur proche que T2K.
Effet de la combinaison des radiations ionisantes et de molécules radio-sensibilisantes dans des modèles de cancer du sein
Le programme proposé vise à évaluer l'efficacité de molécules améliorant les effets de la radiothérapie, dans des modèles in vitro et in vivo de cancer du sein. Deux types de molécules, à savoir un inhibiteur de la maintenance du génome mitochondrial et un inhibiteur de la voie du Base Excision Repair feront l'objet d'un test d'efficacité de radiopotentialisation dans les modèles.
Les inhibiteurs pressentis, qu’ils ciblent la maintenance du génome mitochondrial ou la voie du BER, font déjà l’objet de recherches in vitro, au sein du laboratoire et chez des collaborateurs. Nous avons montré que l’inhibition des mécanismes étudiés permet une diminution de la réparation des cassures de l’ADN suivant un stress génotoxique. Durant ce projet, nous évaluerons les effets des inhibiteurs sur les réparations des dommages à l’ADN induits par les irradiations de différents types (conventionnelle, ultra haut débit de dose, voire débit de dose extrême), ainsi que les mécanismes associés.
Une variabilité de réponse aux combinaisons thérapeutiques est très fréquemment observée lors du passage des modèles in vitro aux modèles in vivo. Ainsi nous évaluerons les inhibiteurs d’une part sur des modèles de lignées cellulaires bien caractérisés au laboratoire, et correspondant à différents sous-types de cancer du sein. D’autre part, les études seront complétées par une validation des effets relevés in vitro sur un modèle murin de cancer du sein. Ce modèle de xénogreffes, développé dans des animaux immunocompétents, permet un suivi clinique, histologique, et immunitaire des animaux et de leurs tumeurs afin de confirmer l'intérêt des molécules pour une application thérapeutique en appui à la radiothérapie.
Ce programme bénéficiera des collaborations du laboratoire avec des physiciens et des chimistes, et des installations expérimentales et plateformes de l'IRCM (irradiation, expérimentation animale, microscopie, cytométrie, etc...)
Corrosion sous contrainte du verre : régions de vitesses élevées de propagation de fissure sous critique
Les verres d’oxydes sont utilisés dans un grande variété d’applications industrielles en raison de leurs multiples propriétés avantageuses : transparence optique, bonnes propriétés mécaniques et thermiques, durabilité chimique, biocompatibilité et bioactivité. Cependant, un inconvénient majeur de ces verres est leur fragilité. La fracture dynamique du verre (vitesse de propagation de fissure ~km/s, comme dans le cas d’un verre tombant par terre et se brisant) en est un exemple bien connu. Il existe également un autre mode de fracture prépondérant et plus lent (10e-11 à 10e2 m/s). La vitesse de propagation de ces fissures sous-critiques est pilotée par la contrainte locale ressentie en pointe de fissure, appelée facteur d’intensité de contraintes et dépend des conditions environnementales, incluant l’humidité de l’air et la température.
Actuellement, notre dispositif expérimental permet de suivre la position du front de fissure au cours du temps grâce à un microscope tubulaire doté d’une caméra. Le traitement des images acquises permet de déterminer la vitesse du front de fissure et révèle la limite environnementale et la région I. Cependant, capturer les régions II et III n'est pas possible avec le dispositif actuel. Plusieurs raisons concourent à cette limitation : la vitesse élevée du front de fissure (10e-4 to 1500 m/s), la taille de l'échantillon (5×5×25 mm^3), la vitesse d’acquisition des caméras, etc.
Notre équipe a utilisé la technique de la chute de potentiel pour évaluer la vitesse du front de fissure lorsque v > 10e-4 m/s dans le PMMA. Cette méthode consiste à déposer une série de bandes conductrices parallèles à la surface d’un échantillon et d’utiliser un oscilloscope (haute fréquence) pour identifier quand le front de fissure sectionne les bandes conductrices ce qui conduit à un saut dans la résistance électrique. Nous souhaitons maintenant adapter cette technique aux échantillons DCDC de verres d'oxyde. L'objectif de la thèse est de développer et d’appliquer cette technique de chute de potentiel aux échantillons DCDC. Le défi est d’accéder aux variations fines de la vitesse de fissuration avec des résolutions en espaces et en temps de l’ordre de 50 microns et de la nanoseconde. L'étudiant en thèse participera à toutes les étapes de la réalisation des expériences : conception et dépôt des bandes conductrices parallèles sur la surface de l’échantillon en verre en utilisant une salle blanche, réalisation d'expériences de corrosion sous contraintes (CSC) dans les Régions II et III, et analyse des données acquises pendant l'expérience de CSC.
Mesure du flux elliptique des quarks charmés dans les collisions Pb-Pb semi-centrales à 5 TeV au CERN avec LHCb.
Les collisions d'ions lourds offrent une opportunité unique d'étudier le plasma de quarks et de gluons (QGP), un état exotique de la matière dans lequel les quarks et les gluons ne sont plus confinés dans les hadrons, et qui aurait existé quelques microsecondes après le Big Bang. Parmi les sondes clés pour l'étude du QGP figurent les quarks charmés. En effet, ces derniers conservent l'histoire de leurs interactions avec le QGP, les rendant essentiels pour comprendre les propriétés du QGP. La production de quarks charmés et leurs interactions avec le QGP sont étudiées à travers les mesures des hadrons, mésons et baryons contenant au moins un quark ou antiquark charm, tels que les mésons D0 ou les baryons Lambda_c. Cependant, le processus d'hadronisation — la manière dont les quarks charm se confinent dans des baryons ou mésons incolores — reste encore mal compris.
Une approche prometteuse pour approfondir la compréhension de l'hadronisation des quarks charmés réside dans la mesure de leur écoulement elliptique, une mesure de corrélations angulaires à longue distance, une signature des effets collectifs dus à la thermalisation du QGP. En comparant l'écoulement elliptique des mésons D0 et des baryons Lambda_c, sensible aux propriétés du milieu créé, les chercheurs peuvent approfondir leurs connaissance sur le mécanisme d'hadronisation des quarks charmés.
Pour mesurer cet écoulement elliptique, l'étudiant.e sélectionné.e développera une méthode innovante exploitant pleinement les capacités du détecteur LHCb. Cette méthode, jamais appliquée auparavant, permet une interprétation plus intuitive et théoriquement robustes des mesures d'écoulement elliptique par rapport aux méthodes traditionnelles. Le/la candidat.e adaptera cette technique pour le détecteur LHCb afin de mesurer, comparer et interpréter l'écoulement elliptique des baryons charmés Lambda_c et des mésons D0 dans les nouvelles données PbPb collectés par LHCb en 2024.
Traitements de surfaces anti-microbiens
Le développement de surface limitant la prolifération microbienne est un enjeu crucial pour la santé publique. Dans le contexte des vols habités vers des destinations éloignées telles que l'orbite terrestre basse, la Lune et éventuellement Mars, la contamination biologique représente une menace significative pour la santé de l'équipage et la préservation des équipements spatiaux. La microflore transportée par l'équipage dans les habitats clos constitue un risque inévitable, accentué par les périodes prolongées d'isolement et de dépendance des systèmes de support de vie en milieu fermé. Outre les risques pour la santé des astronautes, il est connu que la bio-contamination peut endommager les équipements critiques à bord des vaisseaux spatiaux. Par ailleurs, les micro-organismes, exposés à l'environnement spatial, peuvent développer une résistance et muter, transformant les microbes bénins en agents pathogènes. Afin d'atténuer ces risques, des mesures efficaces, telles que des systèmes de filtration et des surfaces autodécontaminantes limitant la prolifération bactérienne, doivent être mises en place. L'expérience MATISS (2016-2025), à laquelle ont été associés les laboratoires SyMMES et PRISM, a exploré l'utilisation de revêtements hydrophobes pour réduire la bio-contamination à bord de l'ISS, mais des améliorations sont nécessaires, notamment pour trouver des solutions alternatives aux agents perfluorés et aux antibiotiques mais aussi applicable sur une large gamme de matériaux. De telles avancées peuvent avoir de nombreuses applications, bien plus larges que le domaine spatial, comme la sécurité alimentaire (emballages), les matériaux implantables, le traitement des adductions d’eau potable, l’hygiène des transports publiques, etc. Cette thèse collaborative entre le SyMMES et le CEA-Leti à Grenoble vise à développer des couches antimicrobiennes durables sans substances nocives, en explorant différents voies de fonctionnalisation, telle que la formation de monocouche auto-assemblées, l’électropolymérisation sur matériaux conducteurs, et de manière très originale en mettant en œuvre une nouvelle méthode de dépôt par plasma atmosphérique froid, adaptée aux grandes surfaces, et surtout applicable à un large panel de matériaux de différente nature.
Matériaux topologiques et altermagnétiques: quelle puissance peut-on tirer de l’effet Hall anomal ?
L’argument majeur pour favoriser le développement de l’électronique de spin ainsi que des matériaux topologiques est la faible puissance dissipée lorsque l’on utilise les degrés de liberté de spin et les configurations transverses de type configuration de Hall. En effet, dans le cas d’une phase topologique, on s’attend à ce que le champ magnétique effectif généré ne dissipe pas. Une telle assertion doit cependant faire l’objet d’une description théorique dans le cadre d’un dispositifs électronique réaliste en régime stationnaire. Le but de la thèse est de déterminer la puissance utile de ces dispositifs, dans un étude à la fois expérimentale et théorique.
Dans ce contexte, la définition de la puissance utile est un problème ouvert. En effet, la thermodynamique de ce type de systèmes hors équilibre met en jeu des effets croisés entre les degrés de liberté des porteurs de charges électriques, ceux du spin de ces porteurs, ainsi que ceux de l’aimantation. Les effets croisés hors équilibre sont décrits de façon très générale par les fameuses relations de réciprocité d’Onsager. Nous avons développé une méthode variationnelle permettant d’établir l’état stationnaire d’une barre de Hall et la puissance dissipée dans un circuit de charge, en fonction de la résistance de charge et de l’angle de Hall. Un résultat inattendu prédit l’existence d’un maximum (« maximum power transfer theorem »). Des mesures préliminaires sur la base de l’effet Hall anomal ont récemment validé la prédiction. Cette confirmation expérimentale nous permet d’établir un projet de thèse qui a pour ambition de reproduire les mesures sur un vaste ensemble de matériaux (métaux, semiconducteurs, oxides) et en particulier des matériaux topologiques magnétiques, dit altermagnétiques.
En outre, une étude en résonance ferromagnétique (dit de pompage de spin) mettra en jeu des effets du type thermoélectriques, dont les propriétés dissipatives, mesurées sur un circuit de charge adjacent, restent à déterminer.
Peut-on prédire la météo ou le climat?
D'après l'expérience de chacun, prévoir le temps de manière fiable à plus de quelques jours semble être une tâche impossible pour nos meilleures agences météorologiques. Pourtant, nous connaissons tous des exemples de "dictons météorologiques" qui permettent à de vieux sages de prédire le temps qu'il fera demain sans résoudre les équations du mouvement, et parfois mieux que les prévisions officielles. À plus long terme, les modèles climatiques ont permis de prédire assez précisément la variation de la température moyenne de la Terre due aux émissions de CO2 sur une période de 50 ans.
À la fin des années 50 et 60, Lewis Fry Richardson, puis Edward Lorenz ont jeté les bases de la résolution de cette énigme, en s'appuyant sur des observations, des arguments phénoménologiques et des modèles d'ordre inférieur.
Les progrès actuels des mathématiques, de la physique des turbulences et des données d'observation permettent aujourd'hui d'aller au-delà de l'intuition et de tester la validité de l'effet papillon dans l'atmosphère et le climat. Pour cela, nous utiliserons de nouveaux outils théoriques et mathématiques et de nouvelles simulations numériques basées sur la projection des équations du mouvement sur une grille exponentielle permettant d'obtenir des valeurs réalistes/géophysiques des paramètres, à un coût modéré de calcul et de stockage.
L'objectif de ce doctorat est de mettre en œuvre les nouveaux outils sur des observations réelles de cartes météorologiques, afin d'essayer de détecter l'effet papillon sur des données réelles. À plus long terme, l'objectif sera d'étudier l'hypothèse de "l'universalité statistique", de comprendre si et comment l'effet papillon conduit à des statistiques universelles qui peuvent être utilisées pour les prévisions climatiques, et si nous pouvons espérer construire de nouveaux « dictons météorologiques » en utilisant l'apprentissage automatique, permettant de prédire le climat ou le temps sans résoudre les équations.