Etude théorique et expérimentale de la propagation de la lumière polarisée dans une structure OLED
En collaboration avec des chimistes du CEA Saclay et de l’université de Rennes, Le laboratoire LCEM du Leti s’intéresse à des nouvelles molécules chirales pour des sources OLED (Organic Light Emitting Device) capables d’émettre de la lumière circulairement polarisée (CP). L’intérêt de ces sources CPOLED est multiple et englobe aussi bien les micro-écrans que les applications pour la santé. Alors que l’état de l’art est assez fourni sur la partie chimique, peu d’études se sont penchées sur la génération et le transport de lumière dans les composants CPOLEDs. De la même manière, les conditions de mesure de la polarité de la lumière émise sont peu détaillées dans la littérature existante.
Au laboratoire LCEM où ces molécules chirales sont intégrées dans des dispositifs CPOLED, l’objectif est de concevoir des architectures OLEDs à même de mieux préserver la polarisation de la lumière. Pour cela, il est indispensable de comprendre la propagation de la lumière dans les empilements OLED d’un point de vue théorique et expérimental. Ce travail s’inscrit dans une collaboration plus large mise en place dans le projet ANR « i-chiralight » .
Nous proposons dans ce cadre une étude qui se déroulera en deux phases.
- Etude de matériaux émetteurs simples : Les matériaux à étudier seront des couches minces déposées sous vide en utilisant les moyens d’évaporation de couches minces disponibles au laboratoire. Les matériaux organiques utilisés seront fournis par nos partenaires chimistes de Saclay ou de Rennes. Des caractérisations optiques de type ellipsométrie, photoluminescence, … seront réalisés afin d’évaluer la performance des molécules en terme de rendement d’émission mais également en terme de pouvoir rotationnel de la lumière. Pour ce dernier point, un modèle permettant de calculer tous les termes des matrices de Müller est en cours de développement et la validation de celui-ci sera un travail à effectuer par le post-doctorant.
- Etude de composants OLED complets : Dans
Suivi dynamique par diffusion de la lumière du transfert de matière entre phases dans des écoulements multiphasiques
La compréhension et la modélisation des procédés de recyclage étudiés au CEA nécessitent la mesure des propriétés locales et moyennes des écoulements multiphasiques impliqués dans les différents appareils de génie chimique étudiés. La R&D étant en outre généralement basée sur des expérimentations à petite échelle, l’accès à ces grandeurs est bien souvent difficile, et ne doit, bien entendu, pas perturber le système observé. Dans ce contexte les méthodes optiques, associées à une simulation fine des phénomènes physiques d’interactions lumière/matière, sont particulièrement appropriées et font l’objet depuis plusieurs années de développements spécifiques. C’est pourquoi, le DMRC/LGCI étudie, en collaboration avec des partenaires académiques (CNRS/IUSTI), deux techniques interférométriques optiques adaptées à la caractérisation dans les appareils utilisés en R&D procédé : l’HN en ligne et la Réfractométrie Arc-en-Ciel (RAC). Les études antérieures ont montré que l’HN permet une mesure simultanée de la position 3D, de la forme et de la taille, de particules au sein d’un écoulement, y compris en géométries astigmatiques, alors que la seconde donne accès à la taille et à l’indice de réfraction d’une particule isolée ou d’un nuage de particules, ce qui, dans le contexte de l’optique linéaire, est directement liée à leur composition. Ces travaux visent à aller plus loin dans la caractérisation des écoulements multiphasiques avec ces deux techniques en poursuivant trois objectifs principaux: 1) proposer des solutions originales pour caractériser par holographie numérique en ligne le matériau des particules détectées, 2) repenser les méthodes inverses de la réfractométrie arc-en-ciel pour permettre l’étude de nuages de particules de composition variable et les gradients autour d’une goutte sessile, 3) évaluer l’applicabilité de ces différentes solutions sur des systèmes micro fluidiques.
Développement de capteur optique in-situ et operando appliqué aux batteries Li-ion
Le développement des batteries Li-ion présente une forte croissance depuis une dizaine d’années. L’amélioration des performances, de la sécurité et de la durabilité, sont les axes principaux de recherche dans le domaine. Les mécanismes mis en jeux dans le fonctionnement et le vieillissement sont complexes et leur compréhension nécessite des mesures operando et in situ aux différentes échelles du nano au macroscopique. Le CEA s’est donné comme objectif, à travers un projet de recherche, de développer une sonde locale optique pour la mesure in situ et operando des paramètres physiques (température, déformations mécaniques) et chimiques (concentration locale en ion lithium) lors du fonctionnement d’une batterie Li-Ion. En intégrant une équipe pluridisciplinaire, le/la candidat(e) participera dans un premier temps au développement des sondes optiques et leurs intégrations sur des fibres optiques : à savoir la synthèse des sondes optiques et chimiques, leurs intégrations à la surface de fibres optiques et leurs caractérisations. Le/la candidat(e) participera également à la réalisation du montage optique et aux campagnes d’essais. Les capteurs développés seront intégrés à des cellules Li-ion et testés sous différentes conditions afin de tester l’efficacité du capteur développé et établir une première preuve de concept.
Optimisation d’un réseau de magnétomètres à pompage optique pour l’imagerie médicale
Notre laboratoire travaille sur des magnétomètres à pompage optique (OPM) basés sur des atomes métastables d’hélium-4. Notre principale réalisation au cours des dernières années a été la conception et la qualification spatiale des OPM les plus avancés disponibles pour l’exploration spatiale, lancés dans le cadre de la mission Swarm de l’ESA [1].
Avec cette même espèce, nous avons développé des OPM pour l’imagerie médicale du cerveau (MEG) et du cœur (MCG), qui présentent l’avantage de fonctionner à température ambiante. Le développement de ces techniques d’imagerie est une opportunité pour mieux comprendre et diagnostiquer des pathologies telles que l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer ou l’arythmie.
Il y a quelques années, nous avons effectué des mesures de validation de principe avec des versions primitives de nos capteurs [2,3]. Après avoir acquis une meilleure compréhension de la physique de nos capteurs [4], nous développons actuellement des réseaux d’OPM et collaborons avec plusieurs équipes cliniques afin de les tester.
Le candidat devra contribuer au développement de réseaux d’OPM. Il s’agit principalement de travaux expérimentaux visant à tester et à améliorer les prototypes actuels de réseaux OPM médicaux : diminuer le bruit intrinsèque du capteur et d’identifier le meilleur moyen de construire des architectures robustes et reproductibles de réseaux d’OPM de plusieurs dizaines ou centaines de capteurs.
Ce travail sera réalisé au sein d’une équipe multidisciplinaire, composée de chercheurs, d’ingénieurs expérimentés, ainsi que de doctorants et post-doctorants, spécialisés dans les domaines de l’optique, des lasers, du magnétisme et de l’électronique. Il s’appuiera également sur des collaborations avec des équipes de recherche médicale.
[1] http://smsc.cnes.fr/SWARM
[2] S. Morales et al., Phys. Med. Biol. (2017).
[3] E. Labyt et al., IEEE Transactions on Medical Imaging (2019)
[4] F. Beato et al. Physical Review A (2018)
Deploiement d’un réseau de magnétomètres à pompage optique dans des environnements cliniques
Notre laboratoire travaille sur des magnétomètres à pompage optique (OPM) basés sur des atomes métastables d’hélium-4. Notre principale réalisation au cours des dernières années a été la conception et la qualification spatiale des OPM les plus avancés disponibles pour l’exploration spatiale, lancés dans le cadre de la mission Swarm de l’ESA [1].
Avec cette même espèce, nous avons développé des OPM pour l’imagerie médicale du cerveau (MEG) et du cœur (MCG), qui présentent l’avantage de fonctionner à température ambiante. Le développement de ces techniques d’imagerie est une opportunité pour mieux comprendre et diagnostiquer des pathologies telles que l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer ou l’arythmie.
Nous avons effectué des mesures de validation de principe avec des versions primitives de nos capteurs [2,3]. Après avoir acquis une meilleure compréhension de leur physique [4], nous développons actuellement des réseaux d’OPM et collaborons avec plusieurs équipes cliniques.
Ce poste a pour objectif de contribuer au développement et au déploiement d’un réseau d’OPM dans les environnements cliniques, où ils vont être testés par plusieurs de nos équipes de recherche médicale partenaires en neurologie et en cardiologie. Le candidat doit pouvoir déployer et utiliser les capteurs dans ces environnements, résoudre les problèmes pratiques et apporter des informations sur les améliorations nécessaires. Il participera également à la mise en œuvre de certaines de ces améliorations et à leurs tests en laboratoire.
Ce travail sera réalisé au sein d’une équipe multidisciplinaire, composée de chercheurs spécialisés dans les domaines de l’optique, des lasers, du magnétisme et de l’électronique. Il s’appuiera également sur des collaborations avec des équipes de recherche médicale.
[1] http://smsc.cnes.fr/SWARM
[2] S. Morales et al., Phys. Med. B
[3] E. Labyt et al., IEEE Transactions on Medical Imaging (2019)
[4] F. Beato et al. Physical Review A (2018)
Développement d’un microscope bimodal Brillouin-Raman pour la caractérisation des tissus biologiques
Le Laboratoire d’Imagerie et des Systèmes d’Acquisition (LISA) et le Laboratoire de Physique du Cytosquelette (LPCV) du CEA Grenoble proposent un projet pour mettre en place et caractériser une nouvelle modalité d’imagerie biologique combinant la spectroscopie Brillouin à la spectroscopie Raman. Il s’agit d’un projet interdisciplinaire entre instrumentation et biologie. La spectroscopie Brillouin permet la mesure non-invasive des propriétés visco-élastiques des cellules et tissus à l’échelle micrométrique, tandis que la spectroscopie Raman donne une information biochimique complémentaire. Ces mesures ont des applications dans l’étude de l’organisation du cytosquelette, et pour de nouveaux outils de diagnostique basés sur la détection précoce des altérations mécaniques et biochimiques des tissus.
Le postdoc sera responsable du développement et du couplage du spectromètre Brillouin au microscope Raman du LISA. Cela inclut le développement du système optique, le pilotage de l’instrument, et l’analyse des données. Il/Elle caractérisera l’instrument sur des systèmes reconstitués préparés au LPCV, puis s’attachera à des mesures in-cellulo. Le candidat retenu coordonnera les travaux entre le LPCV et le LISA.
Réalisation par laser femtoseconde de récepteurs acoustiques à réseaux de Bragg pour la Surveillance Santé des Structures par tomographie acoustique passive
Le sujet de post-doctorat proposé s’inscrit dans le cadre d’un projet transversal initié par le CEA et qui consiste à développer un prototype de système de surveillance en continu d’une structure métallique (une conduite par exemple) par chapelets de récepteurs acoustiques à réseaux de Bragg fibrés et par imagerie passive (ou tomographie passive). Il vise à démontrer la pertinence du concept de SHM (Structural Health Monitoring) pour le nucléaire à l’aide de capteurs opérant en continu et en environnement extrême. Ce projet s’appuie sur deux développements récents : les réseaux de Bragg de nouvelle génération développés pour environnement sévère et les algorithmes d’imagerie de défauts à partir de l’analyse du bruit ambiant. Une démonstration de principe de la mesure passive d’ondes élastiques par réseaux de Bragg a été effectuée au CEA en 2015, ce qui constitue une première mondiale, brevetée. Le projet vise plus particulièrement à réaliser un démonstrateur et à équiper une canalisation sur boucle d’essai. Il fournira des données d’entrée relatives à la capacité d’un fluide en mouvement à générer des ondes élastiques analysables en tomographie passive.
Analyse de l'endommagement sur chaîne des optiques de fin de chaine du laser Megajoule (LMJ)
Afin de préparer la montée en puissance du laser Megajoule (LMJ), des campagnes laser sont réalisées sur quelques quadruplet LMJ. Une première campagne s'est tenue en 2021, une seconde s'est tenue en novembre de cette année et d'autres suivront. Il s'agit pour chacune d'elle de tester de manière progressive la capacité du laser à atteindre les points visés grâce aux équipements de dernière génération disponibles et aux modèles physique numériques mis à jour, et dont on désire valider la bonne prédiction. Chaque campagne (une dizaine de tirs lasers) nécessite l'analyse d'une masse importante de données acquises par l'ensemble des diagnostics lasers et par une caméra permettant le suivi tir à tir des optiques de fin de chaine du laser. Ces données acquises sur chaîne sont complétées par des mesures base arrière avant et après campagne. L'objectif est à chaque fois de determiner la résistance sur chaîne des optiques et leur bonne adéquation avec les modèles. L'objectif du post-doctorat est de mener l'analyse d'endommagement sur chaine associée à ces campagnes et celles à venir.
Micro-sources d’énergie pour applications biomédicales
On constate ces dernières années un intérêt croissant pour les systèmes sans fil implantables permettant une détection et un contrôle biomédical in vivo. Cependant, ces dispositifs implantés ont des durées d’utilisation limitées par les performances de stockage des batteries nécessitant une intervention chirurgicale régulière pour le remplacement de celles-ci. Dans le cadre du développement de sa nouvelle activité «microsources d’énergie pour le biomédical», le CEA LITEN (Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux) renforce son équipe système. Le CEA LITEN développe des systèmes miniaturisés innovants intégrant un composant de récupération d’énergie avec une batterie rechargeable. Ce type de micro-systèmes permettra d’alimenter des dispositifs biomédicaux implantés in vivo, comme par exemple des capteurs de glucose capables de mesurer en temps réel le taux de glucose dans le sang d’une personne diabétique. Le post-doctorant sera en charge de la conception, la réalisation et la caractérisation de démonstrateurs intégrant le dispositif de récupération d’énergie, la batterie et une unité de gestion de puissance. Afin de dimensionner le système, des simulations numériques sont également envisagées, en collaboration avec des ingénieurs spécialisés. La caractérisation des démonstrateurs et les résultats des simulations numériques devront permettre au post-doctorant d’apporter des solutions innovantes pour optimiser le système. Le post-doctorant sera amené à travailler au sein d’une équipe dynamique et multidisciplinaire et aura à interagir fortement avec d’autres ingénieurs (matériaux, électronique, etc.) ce qui nécessitera une ouverture d’esprit et des capacités de communication.
Conception d'une chaîne de radiographie par contraste de phase à haute énergie
Dans le cadre d’expériences d’hydrodynamique réalisées au CEA-DAM, le laboratoire cherche à radiographier en imagerie X impulsionnelle des objets épais (plusieurs dizaines de mm), constitués de matériaux peu denses (de l'ordre de 1 g/cm3), à l'intérieur desquels se propagent des ondes de choc à des vitesses très élevées (plusieurs milliers de m/s). Pour ce type d'application, il est nécessaire d'utiliser des sources de rayons X énergétiques (au-delà de 100 keV). L’imagerie par rayons X conventionnelle, qui fournit un contraste lié à des variations de sections efficaces d’absorption, s’avère insuffisante pour capter les faibles variations de densité attendues lors du passage de l'onde de choc. Une étude théorique menée récemment au laboratoire a montré que l'exploitation complémentaire de l’information contenue dans la phase du rayonnement X devrait permettre une meilleure détectabilité. L'objectif du post-doctorat est d'apporter une preuve de concept expérimentale à cette étude théorique. Pour une plus grande facilité de mise en œuvre, le travail portera principalement sur le dimensionnement d'une chaîne de radiographie statique, où la cible est immobile et la source émet un rayonnement X continu.
Dans un premier temps, le(a) candidat(e) devra caractériser finement le spectre de la source de rayons X retenue ainsi que la réponse du détecteur associé. Dans un second temps, il (elle) s'attachera à concevoir et faire fabriquer les réseaux d'interférences adaptés à la mesure de phase haute énergie, ainsi qu’une maquette représentative des futurs objets en mouvement à caractériser. Enfin, l'étudiant(e) réalisera des mesures radiographiques qu'il (elle) comparera aux simulations prévisionnelles. Il est souhaitable que l'étudiant(e) ait de bonnes connaissances dans le domaine de l’interaction rayonnement matière et/ou en optique physique et géométrique. La maîtrise de la programmation orientée objet et/ou des langages Python et C++ serait un plus.