Les oxydes dopés N et/ou les oxynitrures constituent une classe de composés nouveaux et en plein essor présentant une large gamme de propriétés utilisables, en particulier pour les nouvelles technologies de production d'énergie décarbonée, les revêtements de surface pour l’amélioration de la tenue mécanique des aciers ou la protection contre la corrosion ainsi que pour des capteurs multifonctionnels. Dans ce domaine de recherche, la recherche de nouveaux matériaux est particulièrement souhaitable en raison des propriétés peu satisfaisantes des matériaux actuels. L'insertion d'azote dans le réseau cristallin d'un oxyde semiconducteur permet en principe de moduler sa structure électronique et ses propriétés de transport pour obtenir de nouvelles fonctionnalités. Une compréhension fine de ces aspects requiert des matériaux aussi parfaits que possibles. La production de films minces monocristallins correspondants, est cependant un défi important. Dans ce travail de thèse, des films d’oxynitrures monocristallins seront élaborés par épitaxie par jets moléculaires assistée de plasma atomique. L’hétérostructure multiferroïque combinera deux couches enrichies en azote : une couche ferroélectrique de BaTiO3 dopée N ainsi qu'une ferrite fortement dopée ferrimagnétique dont les propriétés magnétiques pourront être modulées grâce au dopage N pour obtenir de nouveaux matériaux multiferroïques artificiels plus satisfaisants pour les applications. Les structures résultantes seront étudiées quant à leurs caractéristiques ferroélectriques et magnétiques ainsi que de leurs couplages magnétoélectriques en fonction du dopage N. Ces observations seront corrélées à une compréhension détaillée des structures cristallines et électroniques. Ces dernières seront modélisées grâce à des calculs de structure électronique pour parvenir à une description complète de cette nouvelle classe de matériaux.

Le (la) candidate abordera l’ensemble des techniques d’ultra-vide, la croissance par épitaxie par jets moléculaires, des mesures ferroélectriques et de magnétométrie, ainsi qu’un large panel de méthodes de caractérisations basées sur l’exploitation des centres rayonnement synchrotron les plus avancés. Le dichroïsme magnétique des rayons X est particulièrement adapté à cette étude et le projet donnera lieu à une collaboration étroite et/ou un co-encadrement avec la ligne DEIMOS du synchrotron SOLEIL.

Les oxynitrures constituent une classe de composés en plein essor présentant un large panel de propriétés exploitables, en particulier pour les nouvelles technologies de production d'énergie décarbonées. En effet, l'insertion d'azote dans le réseau cristallin d'un oxyde semiconducteur permet en principe de moduler la valeur de sa bande interdite ou d’y introduire des états électroniques additionnels et ainsi d'obtenir de nouvelles fonctionnalités et propriétés optiques. La production de films minces monocristallins d’oxynitrure, est cependant un défi important. Dans ce travail de thèse essentiellement expérimental, des films minces d’oxynitrures seront élaborés par épitaxie par jets moléculaires assistée de plasma atomique. On démarrera à partir du BaTiO3, dont la synthèse est bien maitrisée au laboratoire, pour réaliser des co-dopages d’azote et de métaux compensateurs de manière à conserver la neutralité de la maille élémentaire. Les structures résultantes seront caractérisées quant à leurs compositions chimiques, structures cristallines et propriétés ferroélectriques. Ces observations seront corrélées à leurs performance pour la photo-électrolyse de l’eau, qui permet de produire de l’hydrogène de manière vertueuse. Enfin, la tenue à la corrosion de ces nouveaux matériaux sera aussi étudiée.

Le (la) candidate abordera un vaste ensemble de techniques d’ultra-vide, la croissance par épitaxie par jets moléculaires, la lithographie en salle blanche, des mesures ferroélectriques et de photo-électrolyse de l’eau, ainsi qu’un large panel de méthodes de caractérisations basées sur l’exploitation des centres rayonnement synchrotron les plus avancés.