Integration of a first principles electronic stopping power in molecular dynamics simulations of collision cascades in semiconductors
In a radiative environment, the effects of atomic displacements can lead to the degradation of the performance of electronic and optoelectronic components. In the semiconductors constituting these components, they create defects at the atomic scale, which modify the number of free carriers and therefore alter the performance of the component.
In order to better understand the physical phenomena at the origin of these degradations, the displacement damage are well reproduced by simulation using classical molecular dynamics method. Nevertheless, a finer understanding of the influence of the electronic structure of the material on the number of defects created during the displacement cascade is necessary to have accurate simulations. For this, a model called electron-phonon EPH has been developed. The objective of this post-doctorate will be to feed this model with ab initio calculations and then to configure it in order to perform molecular dynamics simulations for several semiconductors used in current microelectronic technologies. The results obtained will be allow to better understand and improve the EPH model if necessary.
High efficiency silicon cell irradiations for space
Historically, photovoltaics was developed in conjunction with the growth of space exploration. During the 90's, III-V multi-junction solar cells were progressively replaced silicon, for their superior performance & radiation hardness. Today, the context is favorable to a revival of space Si: increasing PV power needs, missions with moderate durations & constraints (LEO), very low cost & high performance terrestrial Si cells (p-type > 26% AM1.5g). However, for Si cells, conventional irradiation ageing methods & sequences (ECSS) are less appropriate. As the literature mainly comes from 80s - 90s, it is necessary to revisit the topic for the latest generation of passivated contacts Si cells (developed at CEA INES) and the unique double beam irradiation facilities of JANNuS platform - CEA Saclay.
This work is part of the SiNRJs project, at the interface between two CEA departments, dealing with space photovoltaics & materials irradiation. The scientific & technological approach adopted: 1. fabrication of passivated contact Si cells (HeT and/or Poly-Si) 2. Si cells optoelectronic characterizations before irradiation (IV AM1.5/AM0, EQE, etc.) 3. Cells & samples proton irradiations, in situ characterizations (Raman & El) 4. Ex situ characterizations after irradiations (IV AM1.5/AM0, EQE, etc) 5. Results analysis and synthesis. From a scientific point of view, the key issues to be addressed concern the understanding of the mechanisms/dynamics of defect creation/healing under this double electronic and ballistic excitation.
Etudes et développement d’un système laser dans l’UV pour la démonstration à l’échelle laboratoire de l’épuration isotopique du palladium (naturel).
Le palladium est un métal rare dont la demande mondiale est en forte augmentation. Or, il est présent en tant que produit de fission dans les combustibles nucléaires usés qui sont retraités en France. Il serait donc intéressant de recycler ce métal. Pour cela, il est nécessaire de procéder à une épuration isotopique, afin de supprimer un des isotopes du palladium, le 107, qui est un radionucléide artificiel à vie longue émetteur béta. Dans le cadre d'un nouveau projet sur 4 ans construit en réponse à l'appel d'offre du Plan d'Investissement et d'Avenir de l’État, le Service d’Etude des Procédés d’Enrichissement propose un contrat post-doctoral portant sur le développement d’un système laser dans l’UV pour le procédé de séparation isotopique du palladium par Lasers actuellement en cours de développement. L’objectif principal du projet est la démonstration finale de la faisabilité de séparation de palladium naturel (et non radioactif) pour la phase suivante de développement d’un premier pilote.
Le post-doctorant devra développer des lasers prototypes de procédé à haute cadence en partant du visible (système lasers colorant) jusqu’à l'UV. Le passage dans l’UV se fait par doublage de fréquence avec des objectifs élevés en terme de performance. Il s’agit d’utiliser un cristal doubleur de fréquence de type BBO, LBO, KDP ou autre. Pour ce faire, le post-doctorat participera à la définition de ce cristal, mais aussi au développement de l’environnement du cristal doubleur (comportement, performances attendues et la tenue au flux des différents matériels). Des échanges seront mis en place sur ce sujet spécifique avec des spécialistes reconnus au sein de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. La programmation (en Python et/ou sous Labview) de ces outils ou asservissements est à développer également. Une attention particulière sera portée sur les publications à réaliser essentiellement dans le cadre du doublage de fréquence, sujet complexe très étudié mondialement.
Artificial Intelligence applied to Ion Beam Analysis
A one year contract postdoctoral research position is open at the laboratory for light element studies (LEEL, CEA/DRF) and the Data Science for Decision Laboratory (LS2D, DRT/LIST) and focuses on data processing based on AI and machine learning, here in the scope of Ion Beam Analysis (IBA).
In the context of this project, the successful candidate will have to fulfill the following tasks:
1- Design of a multispectral dictionary.
2- Learning module development.
3- Main code programming.
4- Development of a module dedicated to multispectral mappings.
5- Benchmarking.
The postdoctoral research associate will be hosted and supervised within LEEL and LS2D.
Multiscale Modelling of Radiation Induced Segregation
Irradiation produces in materials excess vacancies and self-interstials that eliminate by mutual recombination or by annihilation at sinks (surfaces, grain boudaries, dislocations).
It sustains permanent fluxes of point defects towards those sinks. In case of preferential transport of one componant of an alloy, the chemical composition is modified in the vicinity of the sinks: a Radiation Induced Segregation (RIS). Its modelling requires a good description of the alloy properties: its driving forces (derived from the thermodynamics) and its kinetic coefficients (the Onsager matrix). The objectif on this project is to combine (i) atomic models (Kinetic Monte Carlo simulations and Self-Consistent Mean Field), fitted on ab initio calculations, that provide the Onsager coeffcients and the driving forces and (ii) a Phase-Field modelling that will give a description of the evolution of the alloy under irradiation at much larger time- and space-scales. The approach will be applied to Fe-Cr and Fe-Cu alloys, already modelled at the atomic scale. RIS will be first modelled near grain boundaries, then near dislocation loops. Special attention will be paid to the effect of elastic stresses on the RIS.
Development and application of TERS/TEPL technique for advanced characterization of materials
TERS/TEPL (Tip-Enhanced Raman Spectroscopy and Tip-Enhanced Photoluminescence) are powerful analytical techniques developed for nanoscale material characterization. The recent acquisition of a unique and versatile TERS/TEPL equipment at PFNC (Nano-characterization Platform) of CEA LETI opens up new horizons for materials characterization. This tool combines Raman spectroscopy, photoluminescence, and scanning probe microscopy. It features multi-wavelength capabilities (from UV to NIR), allowing a wide range of applications and providing unparalleled insights into the composition, structure, and mechanical/electrical properties of materials at nanoscale resolution. The current project aims to develop and accelerate the implementation of the TERS/TEPL techniques at PFNC to fully exploit its potential in diverse ongoing projects at CEA-Grenoble (LETI/LITEN/IRIG) and with its partners.
Etudes sur la physique des gaz et des interactions matière/laser pour la démonstration à l’échelle laboratoire de l’épuration isotopique du palladium (naturel).
Le palladium est un métal rare dont la demande mondiale est en forte augmentation. Or, il est présent en tant que produit de fission dans les combustibles nucléaires usés qui sont retraités en France. Il serait donc intéressant de recycler ce métal. Pour cela, il est nécessaire de procéder à une épuration isotopique, afin de supprimer un des isotopes du palladium, le 107, qui est un radionucléide artificiel à vie longue émetteur béta. Dans le cadre d'un nouveau projet sur 4 ans construit en réponse à l'appel d'offre du Plan d'Investissement et d'Avenir de l’État, le Service d’Etude des Procédés d’Enrichissement propose un contrat post-doctoral ayant pour objectif la compréhension des interactions gaz/laser dans le procédé de séparation isotopique du palladium par Lasers actuellement en cours de développement. L’objectif principal du projet est la démonstration finale de la faisabilité de séparation de palladium naturel (et non radioactif) pour la phase suivante de développement d’un premier pilote.
Le post-doctorant devra en particulier assurer l’étude du mode de production de la vapeur atomique près du point de fusion du métal pur, des mesures de spectroscopie par laser dans l’UV afin d’affiner les séquences sélectives de photoionisation des isotopes désirés. Pour ce faire, il participera à la définition, au montage et au développement de l'évaporateur, et au couplage des lasers du procédé avec l’enceinte à vide. Des échanges seront mis en place sur ce sujet spécifique avec des spécialistes reconnus au sein de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. Les mesures de diagnostics des lasers mais aussi les mesures provenant des interactions gaz/laser sont à développer. La programmation (en Python et/ou sous Labview) de ces outils est un point essentiel du poste proposé. Une attention particulière sera portée sur les publications à réaliser essentiellement dans le cadre des interactions gaz/laser (photoionisation sélective des atomes d’intérêt et extraction).