Modélisation du transfert de spin dans les qubits silicium et germanium
Les qubits de spin en silicium et en germanium ont fait des progrès remarquables ces dernières années. Dans ces dispositifs, l'information élémentaire est stockée sous forme d'une superposition cohérente des états de spin d'un électron ou d'un trou confiné dans une boîte quantique intégrée dans une hétérostructure Si/SiO2 ou SiGe. Ces spins peuvent être manipulés électriquement et sont intriqués par des interactions d'échange, permettant de réaliser les opérations à un ou deux qubits nécessaires au calcul et à la simulation quantique. Grenoble promeut des plateformes de qubits originales basées sur Si et Ge, et détient divers records de durée de vie de spin et d'interactions spin-photon. Au CEA/IRIG, nous accompagnons le développement de ces technologies quantiques avec de la modélisation avancée, en particulier grâce au code TB_Sim capable de décrire des qubits très réalistes jusqu'à l'échelle atomique si nécessaire.
Un porteur de charge et son spin peuvent en être déplacés de manière cohérente entre différentes boîtes quantiques, ce qui permet le transfert d'information quantique et le couplage entre spins distants. La dynamique du transport de spin est cependant complexe en raison des interactions spin-orbite qui couplent le mouvement du porteur à son spin. Le contrôle de ce transport nécessite donc une compréhension complète de ces interactions et de leurs effets sur l'évolution et la cohérence du spin. L'objectif de cette thèse est de modéliser le transport entre qubits de spin Si/Ge en utilisant une combinaison de techniques analytiques et numériques (TB_Sim). Le projet étudiera notamment la manipulation, le transport et l'intrication du spin dans des réseaux de qubits, ainsi que la réponse au bruit et au désordre (décohérence). Le doctorant aura l'opportunité d'interagir avec une communauté dynamique d'expérimentateurs travaillant sur les qubits de spin au CEA et au CNRS.
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.
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.
Dimensionnement du cytosquelette en relation avec la taille et la fonction des cellules
Chaque type cellulaire, défini notamment par sa fonction, se caractérise par une gamme de taille qui lui est spécifique. En effet, la taille des cellules au sein d'un type cellulaire donné présente une distribution étroite qui peut varier de plusieurs ordres de grandeur entre les cellules les plus petites, telles que les globules rouges, et les plus grandes comme les cellules musculaires. Cette caractéristique de taille est essentiellement maintenue au cours de la vie d'un individu et demeure très conservée chez les mammifères. L’ensemble de ces caractéristiques suggère donc que le maintien d'une « taille appropriée » pour une cellule donnée pourrait jouer un rôle important dans l'accomplissement de ses fonctions.
Le cytosquelette d'actine, qui comprend différentes architectures intracellulaires stables et dynamiques, joue un rôle majeur dans la plasticité structurale des cellules en réponse à des changements de forme ou de taille. Nos travaux récents suggèrent que les réseaux d'actine développés à l'intérieur d'une cellule s'adaptent à la taille et au volume de la cellule lorsque ces derniers varient. Cependant, la compréhension du mécanisme par lequel les cellules adaptent le taux de renouvellement et l'organisation de leurs nombreuses structures en compétition pour un même pool de monomères d’actine demeure incomplète.
Dans ce projet, nous proposons donc d'étudier l'organisation et la dynamique des réseaux d'actine au sein de types de cellules présentant des différences de taille et de fonction fondamentales. En particulier, notre étude se concentrera sur la caractérisation de l'impact de l'organisation/dynamique de ces réseaux sur différentes fonctions cellulaires telles que la migration cellulaire ou la polarisation. La rétroaction entre la dynamique de l'architecture du cytosquelette, la taille et la fonction de la cellule sera également abordée en imposant des perturbations dans l’organisation du cytosquelette.
Aprentissage probabiliste à base de dispositifs spintroniques
Le candidat au doctorat conjoint UGA - KIT recruté devrait être en mesure de couvrir les travaux des lots de travail 1 et 2. Il/elle participera également à des réunions techniques et aura une bonne compréhension de la façon dont les tâches des autres lots de travail techniques sont exécutées, principalement par les partenaires avec un effort interne. Dans l'ensemble, le candidat au doctorat développera et optimisera des architectures compactes de calcul en mémoire, fournira des modèles de haut niveau pour une intégration ultérieure dans des conceptions à grande échelle, effectuera la validation de toutes les preuves de concepts de nouvelles implémentations architecturales. Il/elle sera également impliqué(e) dans la conception d'implémentations algorithmiques de réseaux neuronaux bayésiens adaptés à l'architecture. Plus précisément, il/elle travaillera dans les directions suivantes :
La conception et l'optimisation des réseaux neuronaux probabilistes, seront exécutées principalement dans le laboratoire SPINTEC à Grenoble, ce qui inclura :
1. la conception complète d'un accélérateur matériel sans transistor de sélection pour les opérations fréquentes de lecture et d'écriture.
2. Conception et validation d'une approche architecturale innovante capable de compenser les phénomènes de « sneaky paths ».
3. Modélisation de haut niveau de l'architecture crossbar complète qui inclut la composante stochastique.
4. Proposer un flux de simulation et de validation complet pouvant être adapté à une taille et à des paramètres d'architecture réalistes qui mettent en œuvre des tâches bayésiennes.
5. Réaliser des figures de mérite en matière de délai, de consommation d'énergie et de surcharge de surface.
Traduit avec DeepL.com (version gratuite)
Etude des liens entre dérégulations du métabolisme et des marques épigénétiques dans la maladie de Huntington
Notre objectif est d’étudier les dérégulations épigénétiques dans la maladie de Huntington (HD). A l’aide de modèles souris, nous appréhenderons les liens entre altérations du métabolisme énergétique et défauts épigénétiques dans les neurones striataux, afin de mieux comprendre le mécanisme de vulnérabilité striatale dans la HD et de définir un nouveau cadre pour le développement de thérapies. Nous voulons obtenir des cartes détaillées des modifications post-traductionnelles (PTMs) des histones, en particulier des méthylations, de l'acétylation et de la lactylation récemment décrite. En effet, ces PTMs sont étroitement régulées par l'état métabolique des cellules. Nous utiliserons la protéomique qui est l'approche la mieux adaptée pour identifier et quantifier les multiples PTMs des protéines. Nous envisageons de travailler sur le striatum de souris WT, transgéniques R6/1 et du modèle plus progressif Q140 knock-in à différents stades de la maladie, afin de suivre l'évolution des PTMs d'histones et du métabolisme lors du vieillissement. En outre, pour obtenir une vision dynamique des liens entre les déséquilibres métaboliques et épigénétiques dans la maladie, nous injecterons du 13C-glucose par voie intrapéritonéale à des souris HD et contrôles, et nous analyserons l'incorporation du 13C dans les PTMs d'histones en fonction du temps. Enfin, il a été démontré que l'acétyl-CoA, le précurseur de l'acétylation des lysines des histones, est produit localement dans le noyau, par l'acétyl-CoA synthétase 2 (ACSS2), l'ATP-citrate lyase (ACLY) ou le complexe pyruvate déshydrogénase. Où et par quelles enzymes le lactate est produit reste une question ouverte. L'ACSS2 est un très bon candidat, car elle peut catalyser la production de molécules d'acyl-CoA à partir des acides gras correspondants. Pour appréhender la possible production de métabolites à proximité de la chromatine dans les cellules striatales, nous obtiendrons les distributions génomiques d'ACSS2 et d'ACLY par ChIPseq/CUT&tag et les comparerons aux distributions de marques d'histones acétylées et lactylées.
Dispositifs supraconducteurs en Silicium
The project focuses on the study of superconducting devices with silicon as a semiconductor. Those include standard silicon transistors with superconducting source and drain contacts and superconducting resonators. The common properties is the superconducting material which is elaborated with the constrain of being compatible with the silicon CMOS technology.
In the actual situation of the project, devices with CoSi2, PtSi and Si:B superconducting contacts have been fabricated using the 300 mm clean room facility at the LETI and in collaboration with our partners at Uppsala university and C2N Paris Saclay. The main issue is now to characterize the electronic transport properties at very low temperature.
Condensats et Chromatine : Comment la Séparation de Phase Façonne les Réponses des Plantes à la Température
Les plantes doivent adapter leur développement aux conditions environnementales, notamment à l'augmentation des températures due au changement climatique. Le stress thermique impacte significativement la physiologie des plantes, et pour atténuer ces effets, elles ont développé des réponses au choc thermique (HSR), avec le facteur de choc thermique A1a (HSFA1a) jouant le rôle de régulateur principal chez Arabidopsis thaliana. En l'absence de stress, HSFA1a reste cytosolique et inactif, lié aux protéines de choc thermique (HSPs). Le stress thermique provoque la dissociation des HSPs, permettant la translocation nucléaire, la trimérisation, la liaison à la chromatine et l'activation des gènes de réponse au stress. Des études récentes révèlent qu'HSFA1a pourrait agir comme un facteur de transcription pionnier pour accéder à des régions chromatiniennes fermées et initier la HSR. De plus, des résultats préliminaires suggèrent qu'HSFA1a subit une séparation de phase liquide-liquide (LLPS) pour former des condensats nucléaires régulant l'expression des gènes. Ce projet vise à 1) explorer l'effet de la température sur la structure et l'oligomérisation de HSFA1a, 2) étudier la LLPS de HSFA1a en présence et en absence d'ADN, 3) caractériser l'activité pionnière de HSFA1a, et 4) déterminer l'importance physiologique de la LLPS dans la HSR.
Vers une compréhension fine de la régulation de l’expression des gènes par l’acétylation et la lactylation des protéines histones
Dans les cellules eucaryotes, l’ADN s’enroule autour de protéines histones pour former la chromatine. La modification dynamique des histones par diverses structures chimiques permet de réguler finement l’expression des gènes. Des altérations dans ces mécanismes complexes de régulation sont à l’origine de nombreuses maladies. L’acétylation des lysines d’histones est connue pour induire l’expression des gènes. D’autres structures peuvent être ajoutées sur les histones, dont les effets sur la transcription restent largement à élucider. La plupart d’entre elles, comme la lactylation découverte en 2019, dépendent du métabolisme cellulaire. Nous avons commencé l’étude de la lactylation dans la spermatogenèse murine. Ce processus de différentiation cellulaire constitue en effet un modèle de choix pour étudier la régulation de la transcription, du fait de changements spectaculaires dans la composition de la chromatine et dans le programme d’expression génique. Nous avons généré de nouveaux profils épigénétiques consistant en la distribution sur le génome de marques acétylées et lactylées sur trois lysines de l’histone H3. L’objet de cette thèse est de contribuer au déchiffrage du « code histone », d’abord en étudiant le rôle des lactylations sur le programme transcriptionnel. Ensuite, la prédiction d'états chromatiniens sera raffinée en intégrant au sein de modèles de réseaux de neurones nos nouvelles données à l'ensemble des données épigénomiques existant aux deux stades cellulaires étudiés.
Études théoriques des phénomènes orbitroniques et de spin-orbite dans les hétérostructures comprenant des matériaux de van der Waals, des métaux et des oxydes
Ce thèse de doctorat vise à trouver les meilleures combinaisons inexplorées de métaux de transition, d'oxydes et de matériaux 2D (dichalcogénures de métaux de transition, aimants 2D, graphène...) pour aider à optimiser et à fournir les bases scientifiques des dispositifs de stockage et de mémoire spintroniques à haut rendement énergétique, basés sur les domaines émergents de la spin-orbitronique et de l'orbitronique. Cette dernière est un nouveau domaine de recherche fascinant qui exploite les courants orbitaux et leur interaction avec les courants de spin médiés par le couplage spin-orbite.
En utilisant de calculs ab initio combinés à une approche liaison fort et à la théorie de la réponse linéaire, nous examinerons le potentiel des hétérostructures susmentionnées non seulement pour les phénomènes spin-orbite tels que l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), l'anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA) et l'interconversion spin-charge basée sur les effets Rashba et Rashba-Edelstein (REE), mais nous nous concentrerons également sur l'effet orbital Rashba-Edelstein (OREE). En outre, les mécanismes de contrôle de ces phénomènes par des stimuli externes (déformation, champs électriques et magnétiques externes) seront également étudiés. Ces études permettront de trouver des combinaisons de matériaux optimales pour assurer l'efficacité de la DMI, de la PMA et de l'interconversion spin-charge afin d'optimiser les dispositifs spintroniques et de contribuer ainsi de manière significative au développement d'une microélectronique durable.
Le projet de these sera basé sur une approche multi-échelle incluant des approches ab initio, liaison forte et atomistiques. Un candidat très motivé avec une bonne expérience en physique du solide, en théorie de la matière condensée et en simulations numériques est donc requis. Il/elle effectuera ses calculs sur les nœuds du cluster de calcul Spintec en utilisant des codes ab initio basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) combinés à d'autres codes/outils de simulation. Les résultats obtenus seront analysés avec soin et pourront être publiés dans des revues scientifiques internationales. Une forte collaboration avec des laboratoires en France (CEA/LETI, Laboratoire Albert Fert (CNRS,Thales), Aix-Marseille Univ...) et à l'étranger (ICN2-Barcelone, PGI Forschungszentrum Jülich, Osaka University) est prévue.