Plasticité cristalline en Dynamique Moléculaire classique et passage à l'échelle mésoscopique
Grâce aux nouvelles architectures des supercalculateurs, les simulations de dynamique moléculaire classique (DM) entreront bientôt dans le domaine du millier de milliard d’atomes, jamais atteint jusque là, devenant ainsi capables de représenter la plasticité des métaux à l’échelle du micron. Pour autant, de telles simulations génèrent une quantité considérable de données et la difficulté réside désormais dans leur exploitation, afin d'en extraire les ingrédients statistiques pertinents pour l’échelle de la plasticité « mésoscopique » (échelle des modèles continus).
L'évolution d'un matériau est complexe car elle dépend de lignes de défauts cristallins très étendues (les dislocations) dont l’évolution est régie par de nombreux mécanismes. Afin d'alimenter les modèles aux échelles supérieures, les grandeurs à extraire sont les vitesses et la longueur des dislocations, ainsi que leur évolution au cours du temps. L’extraction de ces données peut se faire par des techniques d'analyse spécifique basées sur la caractérisation de l'environnement local ('distortion score', 'local deformation'), a posteriori ou in situ au cours de la simulation. Enfin, les outils du machine learning peuvent intervenir afin d’analyser la statistique obtenue et d’en extraire et synthétiser (par réduction de modèle) une description minimale de la plasticité pour les modèles aux échelles supérieures.
Phénoménologie des interactions de plasmas en milieu liquide : application à la fabrication de matériaux pour les cibles laser
Le CEA mène des expériences de Physique sur le Laser Méga Joule mettant en œuvre des cibles constituées de matériaux de nature et géométrie adaptées à la classe d'expériences. Dans ce contexte, le CEA poursuit des développements sur la synthèse de mousses métalliques obtenues par plasma électrolytique basse tension.
Après application d'une tension suffisante entre deux électrodes plongées dans une solution aqueuse, un plasma (streamer) est généré dans le liquide. Une mousse métallique ultralégère et nano-structurée se forme à la cathode. Ce procédé permet la fabrication de matériaux métalliques mésoporeux de faible masse volumique apparente.
Deux thèses ont montré que les paramètres primaires de synthèse des mousses influencent la structure des mousses. Il s'avère que la réduction des cations métalliques s'effectue au sein du plasma ce qui explique que la cristallisation de la mousse reproduit la morphologie du streamer. Le sujet consiste à modéliser les différentes étapes physiques du procédé et confronter ces résultats numériques aux caractérisations qui seront effectuées par GDOES, caméra rapide,etc, à l'Institut Jean Lamour de Nancy.
Développement d'un pseudo-substrat relaxé à base d'InGaN porosifié par anodisation électrochimique
Dans le cadre du projet Carnot PIRLE débutant début 2021, nous recherchons un(e) candidat(e) pour un poste de post-doctorat d’une durée de 24 mois (12 mois renouvelable) avec une spécialité en matériaux. Le projet consiste à développer un pseudo-substrat relaxé à base de matériaux III-N pour les applications µLEDs, notamment pour l’émission dans le rouge. Le travail consistera principalement à développer un procédé MOCVD de reprise d’épitaxie à base d’InGaN sur un substrat innovant à base de matériaux anodisés et relaxé. Il devra à la fois caractériser le niveau de relaxation de la couche ré-épitaxiée mais aussi sa qualité cristalline. Ces deux points favoriseront la reprise d’épitaxie d’une LED rouge efficace. Le(la) candidat(e) fera partie de l’équipe projet et sera associé aux travaux de l’équipe épitaxie sur le procédé de croissance de la LED rouge et aux caractérisations optiques et électro-optiques associées.
modélisation de la cinétique de précipitation de l’uranium en fonction du pH. Application à un réacteur à lit fluidisé
L’usine Orano au Niger (Somaïr) précipite son concentré uranium dans un réacteur à lit fluidisé par ajout d’hydroxyde de sodium. Le concentré obtenu contient environ 6% de sodium qui entraine des pénalités du convertisseur. Orano a effectué en fin d’année 2019 des essais sur un lit fluidisé au laboratoire pour changer le point de fonctionnement de la précipitation et former préférentiellement de l’UO3 via un changement de pH. Pour affiner le pilotage de l’unité industrielle, une modélisation des réactions de précipitation de l’uranium s’avère nécessaire. Le candidat devra proposer et calibrer un modèle de la précipitation compétitive de Na2U2O7 et UO3 basé sur les constantes d’équilibre et des cinétiques des réactions, en fonction du pH au sein du réacteur. En particulier, le modèle devra permettre de comprendre l’impact du pH sur la répartition des deux espèces principales identifiées dans le concentré : Na2U2O7 et UO3. Ce modèle chimique devra servir de donnée d’entrée à un modèle physique existant du réacteur à lit fluidisé. Un élargissement du modèle à d’autres réactifs de précipitation, notamment la magnésie pourrait également être étudié.
Synthèse et caractérisation structurale de phases minérales d’uranium de référence pour l’identification de phases porteuses d’uranium en environnement minier par SLRT.
Dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif entre le CEA et Orano, une étude est menée pour détecter et identifier les phases porteuses d’uranium dans les résidus des traitements miniers et les stériles par spectrofluorimétrie laser à résolution temporelle (SLRT). La spectroscopie SLRT est un outil de spéciation permettant de sonder l’environnement chimique local de l’uranyle. Néanmoins, l’identification des phases uranifères au sein d’un échantillon prélevé sur site par SLRT repose sur l’utilisation d’un modèle chimiométrique construit à partir d’une base de spectres de référence. Afin d’enrichir et diversifier la base de spectres de référence la préparation et la caractérisation structurale d’échantillons uranifères synthétiques au sein de trois familles principales s’avèrent nécessaire. Ces familles phases minérales sont les oxyhydroxydes, les sulfates et silicates d’uranyle. L’acquisition des spectres SLRT des phases synthétisées et la mise en évidence de l’impact de la chimie de coordination de l’ion uranyle sur les spectres enregistrés constitue le second volet de ce travail.
Modélisation des effets de piégeages et des fuites verticales dans les substrats épitaxiés GaN sur Si
Etat de l’art : La compréhension et la modélisation des fuites verticales et des effets de piégeages dans les substrats GaN sur Si font partie des sujets cruciaux d’études visant à améliorer les propriétés des composants de puissance sur GaN : réduction du courant de collapse et des effets d’instabilités de Vth, réduction du courant de fuite à l’état OFF.
De nombreuses universités [Longobardi et al. ISPSD 2017 / Uren et al. IEEE TED 2018 / Lu et al. IEEE TED 2018] et industriels [Moens et al. ISPSD 2017] tentent de modéliser les fuites verticales mais jusqu’à l’heure aucun mécanisme clair n’émerge de ces travaux pour les modéliser correctement sur toute la gamme de tension et températures visées. De plus la modélisation des effets de piégeages dans l’épitaxie est nécessaire à l’établissement d’un modèle TCAD de dispositif robuste et prédictif.
Pour le LETI, l’intérêt stratégique d’un tel sujet est double : 1) Comprendre et réduire les effets de piégeages dans l’épitaxie impactant le fonctionnement des dispositifs GaN sur Si (current collapse, instabilités de Vth…) 2) Atteindre les spécifications de fuites @ 650V nécessaires aux applications industrielles.
Le candidat devra prendre en charge en parallèle les caractérisations électriques et les développements de modèles TCAD :
A) Caractérisations électriques avancées (I(V), I(t), substrate ramping, C(V)) en fonction de la température et de l’illumination sur des substrats épitaxiés ou directement sur des composants finis (HEMT, Diodes, TLM)
B) Etablissement d’un modèle TCAD robuste intégrant les différentes couches de l’épitaxie afin de comprendre les effets d’instabilités des dispositifs (Vth dynamique, Ron dynamique, BTI)
C) Modélisation de la conduction verticale dans l’épitaxie dans l’optique de réduire les courants de fuites à 650V
Enfin, le candidat devra être force de proposition pour améliorer les différentes parties du substrat
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.
Développement de la spectroscopie de masse à temps de vol tandem pour les applications en microélectronique.
Le CEA-LETI cherche à recruter un chercheur ou une chercheuse postdoctoral(e) pour développer des nouvelles applications de spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS) pour des applications en micro et nanotechnologies. Le ou la candidat(e) travaillera avec un nouvel instrument équipé avec un spectromètre de masse à temps de vol tandem, un FIN in-situ et un canon à cluster d’argon. Le projet de recherche sera articulé autour de trois axes ;
• Développent des méthodes corrélatives entre TOF-SIMS, AFM, XPS et Auger
• Amélioration de la sensibilité et efficacité des fragmentions dans la spectromètre tandem MS
• Développement des applications 3D FIB-TOF-SIMS amélioration de la résolution spatiale.
Le ou la candidat(e) aura accès à une gamme étendu d’instruments à l’état de l’art sur la plateforme de nanocaractérisation du CEA Grenoble, pourra bénéficier des échantillons fait à façon issus des différentes filières technologiques du LETI. Ce projet sera mené en étroite collaboration avec l’équipementier.
Intelligence artificielle appliquée à l’analyse par faisceaux d’ions
Un contrat post-doctoral d’une durée d’un an est proposé conjointement par le laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL, CEA/DRF) et le laboratoire de Sciences des Données et de la Décision (LS2D, DRT/LIST) et porte sur un développement logiciel dédié au traitement de données multispectrales basé sur des outils d’Intelligence Artificielle (IA) et plus particulièrement de machine learning, qui seront appliqués ici à l’analyse par faisceaux d’ions (Ion Beam Analysis : IBA).
Dans le cadre de ce projet, le candidat retenu aura à réaliser les tâches suivantes :
1- Conception d’un dictionnaire multi-spectral.
2- Apprentissage.
3- Ecriture du code principal.
4- Développement d’un module d’analyse de cartographies multispectrales.
5- Benchmarking.
Le post-doctorant sera accueilli et encadré au sein des laboratoires LEEL et LS2D.
Modélisation des réseaux de qubits silicium-sur-isolant
Un post-doctorat est ouvert à l’Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG, anciennement INAC) du CEA Grenoble (France) sur la théorie et la modélisation des réseaux de bits quantiques silicium-sur-isolant (qubits SOI). Cette position s’inscrit dans le cadre du projet ERC Synergy qucube, visant à développer des réseaux bidimensionnels de tels qubits. Le (la) candidat(e) sélectionné(e) devra commencer entre octobre et décembre 2019, pour une période maximale de trois ans.
De nombreux aspects de la physique des qubits silicium sont encore mal compris, de sorte qu’il est essentiel de soutenir l’activité expérimentale avec de la modélisation avancée. À cette fin, le CEA développe activement le code "TB_Sim". TB_Sim est basé sur une description k.p multi-bandes ou liaisons fortes atomistiques de la structure électronique des matériaux et comprend notamment un solveur en interaction de configurations dépendent du temps pour la dynamique des qubits.
Les objectifs de ce post-doctorat sont d’améliorer la compréhension de la physique de ces dispositifs et d’optimiser leurs design, et en particulier:
- de modéliser la manipulation, la lecture et la décohérence des spins dans les réseaux 1D et 2D de qubits SOI.
- de modéliser les interactions d’échange dans ces réseaux et d’évaluer le fonctionnement de portes multi-qubits.
Le (la) candidat(e) aura l’occasion d’interagir avec les équipes expérimentales du CEA/IRIG, du CEA/LETI et du CNRS/Néel impliquées dans quCube, et aura accès à des données sur des dispositifs à l’état de l’art.