Laboratoire Léon Brillouin

UMR12 CEA-CNRS, Bât. 563 CEA Saclay

91191 Gif sur Yvette Cedex, France

+33-169085241 llb-sec@cea.fr

BD diffusons les neutrons

Les sujets de thèses

6 sujets IRAMIS//LLB

Dernière mise à jour : 24-11-2020


• Interactions rayonnement-matière

• Matériaux et applications

• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

Conductivité thermique dans les chaînes de spin 1D

SL-DRF-21-0384

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

SYLVAIN PETIT

Loreynne PINSARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

Loreynne PINSARD
Université PARIS XI - ICMMO


Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=spetit

Labo : http://www-llb.cea.fr/NFMQ/

La miniaturisation et l’intégration de plus en plus poussée de l’électronique actuelle conduisent à une augmentation des problèmes de dissipation thermique. Une des solutions envisagées est l’utilisation de matériaux capables de conduire la chaleur vers un puits thermique, rapidement, et de façon unidirectionnelle, pour plus d’efficacité.



Dans ce contexte, l’utilisation de matériaux magnétiques de basse dimensionnalité se révèle une approche intéressante. Le transport de la chaleur par les excitations magnétiques, prédit dès 1936, a été mis en évidence dans les années 70 dans un grenat yttrium-fer ferrimagnétique (YIG). Dans ce cas, dans la phase magnétique ordonnée à basse température (T < 10K), la contribution magnétique au transport thermique est due aux ondes de spins classiques (ou magnons). La première signature d’un transport thermique magnétique à haute température (T > 50K) a été observée pour la première fois dans un composé quantique de basse dimensionnalité, KCuF3, dès 1975. Mais ce sont les composés Heisenberg antiferromagnétiques à une dimension (1D) et la découverte d’une conductivité thermique magnétique géante dans l’échelle de spins quantiques Sr14Cu24O41, qui ont vraiment déclenché le renouveau des recherches dans les systèmes magnétiques de basse dimensionnalité.



Dans ce contexte, ce projet de thèse s'intéresse en particulier aux oxydes de cuivre (ou cuprates) de la forme SrCuO2, Sr2CuO3, CaCuO2 et Ca2CuO3. Le but de ce projet est vde mieux comprendre les mécanismes qui gouvernent le transport thermique. Le projet comporte, en plus de la synthèse des échantillons, une série de caractérisation et d'analyse de la conductivité thermique ainsi que du spectre des excitations (réseau et magnétiques) par diffusion de neutrons.
Phase de Coulomb dans les réseaux hyperkagome de terre rare

SL-DRF-21-0383

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

SYLVAIN PETIT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=spetit

Labo : http://www-llb.cea.fr/NFMQ/

Au cours des dernières décennies, les recherches en physique du solide ont vu l’émergence d’une physique riche et nouvelle, dépassant le paradigme de Néel et transcendant les descriptions conventionnelles basées sur la théorie de Landau. Le magnétisme frustré a largement contribué à ces développements, grâce à de nouveaux concepts tels que la "phase de Coulomb", un état de matière extrêmement dégénéré mis au jour par la découverte de glace de spin dans des réseaux de pyrochlore de terres rares. Dans cette proposition de sujet de thèse, l’objectif est de poursuivre l’exploration et le développement de cette nouvelle physique, par l’étude de réseaux hyperkagomé de terres rares.



Mécanismes d’endommagement sous faisceau de protons de cibles métalliques utilisées pour la production de neutrons.

SL-DRF-21-0043

Domaine de recherche : Matériaux et applications
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe de Diffusion Neutron Petits Angles

Saclay

Contact :

Frédéric OTT

David SIMEONE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Frédéric OTT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/NFMQ

01 69 08 61 21

Directeur de thèse :

David SIMEONE
CEA - DES/DMN/SRMA

01-69-08-29-20

Page perso : http://www-llb.cea.fr/Phocea/Pisp/index.php?nom=frederic.ott

Labo : http://iramis.cea.fr/llb/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstechnique.php?id_ast=2755

Depuis quelques années, différents instituts envisagent l’utilisation d’accélérateurs à basse énergie (10 - 70MeV) pour la production de neutrons et leur utilisation pour la diffusion neutronique. On peut citer les projets SONATE au CEA Saclay, HBS au F. Zentrum Jülich ou ARGITU à ESS Bilbao. Des sources de neutrons de ce type auraient potentiellement des performances équivalentes à celle d’un réacteur de recherche de puissance moyenne pour les techniques de diffusion neutronique. Les différentes briques technologiques (accélérateur fort courant, modérateur neutron avancé, instruments) existent. La dernière brique nécessitant une validation est la cible. En effet, sur de telles installations, la ou les cibles seront soumises à des fluences de protons de l’ordre 1E25 protons/m² pendant leur durée de vie. Une des problématiques rencontrées est la non solubilité de l’hydrogène dans le métal qui conduit à la formation de cloques et à l’endommagement du matériau. Nous souhaitons étudier expérimentalement le comportement de différents métaux (Al et Ta) sous des fluences d’irradiations très élevées. La modélisation de l’impact de l’irradiation aussi bien sur la modification des limites de solubilité, le changement de phase (possible hydruration du metal) ainsi que la mise en ordre des réseaux de bulles d’hydrogène sera réalisée dans le cadre d’une approche de type champ de phase.



Ce travail entre dans le cadre de l’inflexion CEA SONATE sur le développement de nouvelles sources de neutrons utilisant des accélérateurs.
Fragmentation dans les systèmes frustrés

SL-DRF-21-0381

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

SYLVAIN PETIT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=spetit

Labo : http://iramis.cea.fr/llb/nfmq/

Ces dernières années, l'étude des liquides de spin suscite un vif intérêt en physique de la matière condensée. Ces nouveaux états quantiques de la matière sont en effet décrits à l'aide de champs de jauge émergents et présentent une intrication quantique à grande échelle. L'état glace de spin, par exemple, ne présente pas de brisure spontanée de symétrie, mais est néanmoins organisé localement. La règle qui décrit cette organisation est une loi de conservation locale et s'interprète comme un champ de jauge émergent.



On cherche ici à décrire les situations où apparaissent des défauts à cette règle, c'est à dire, dans le langage du champ de jauge, des "charges", aussi appelées monopoles. Ces descriptions sont basées sur une décomposition de Helmoltz du champ, d'où le terme de "fragmentation" magnétique.



Ce projet propose une approche numérique du problème, à l'aide d'une simulation directe des équations du mouvement au niveau des spins, en tenant compte de termes sources de ces monopoles. Ces simulations sont en outre basées sur un échantillonnage Monte-Carlo de l'espace des phases, un travail complexe dans le cadre de systèmes dits frustrés comme les glaces de spin. L'enjeu est donc de mettre au point un double numérique, au plus près des expériences menées par ailleurs sur ces systèmes et de proposer une interprétation en termes de fragmentation. Ces simulations se doivent aussi d'être prédictives, afin de dresser le portrait-robot des phases en présence ainsi que de leurs spectres d'excitation.

Glace de spin couplée à un bain de phonons

SL-DRF-21-0382

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

SYLVAIN PETIT

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

SYLVAIN PETIT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB

01 69 08 60 39

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=spetit

Labo : http://iramis.cea.fr/llb/nfmq/

Ces dernières années, l'étude des liquides de spin suscite un vif intérêt en physique de la matière condensée. Ces nouveaux états quantiques de la matière sont en effet décrits à l'aide de champs de jauge émergents et présentent une intrication quantique à grande échelle. L'état glace de spin, par exemple, ne présente pas de brisure spontanée de symétrie, mais est néanmoins organisé localement. La règle qui décrit cette organisation est une loi de conservation locale et s'interprète comme un champ de jauge émergent.



On cherche ici à décrire les situations où par le biais du couplage magnéto-élastique, les mouvements de point zéro des atomes induisent des fluctuations magnétiques. De ce fait, le champ de jauge fluctue dans le temps, ce qui donne naissance à un champ électrique en plus du champ magnétique. Cette phase nouvelle est appelée glace de spin quantique.



Ce projet propose une approche numérique du problème, à l'aide d'une simulation directe des équations du mouvement au niveau des spins, en tenant compte d'une force aléatoire susceptible de faire changer l'état de spin localement et donc d'induire ces fluctuations. Ces simulations sont en outre basées sur un échantillonnage Monte-Carlo de l'espace des phases, un travail complexe dans le cadre de systèmes dits frustrés comme les glaces de spin. L'enjeu est de mettre au point un outil numérique capable de prédire la stabilité des phases en présence, de proposer une interprétation en termes de champs émergents et de caractériser le spectre des excitations. On s'attachera à rester au plus près des expériences menées par ailleurs au laboratoire, sur des systèmes modèles (pyrochlore et grenats de terre rare) où l'on pense que ces fluctuations sont à l'œuvre.
Mauvais métal et phonons mous dans les composés para-électriques quantiques

SL-DRF-21-0238

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

Philippe Bourges

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Philippe Bourges
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/NFMQ

0169086831

Directeur de thèse :

Philippe Bourges
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/NFMQ

0169086831

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/113/philippe.bourges.html

Labo : http://www-llb.cea.fr/NFMQ/

Voir aussi : https://www.lpem.espci.fr/spip.php?article72

Le composé SrTiO3 dopé est un mauvais métal où la résistivité ne sature pas à haute température quand le libre parcours moyen devient de l’ordre de la distance interatomique. Nos mesures préliminaires de diffusion de neutrons montrent que la proximité de la phase ferroélectrique, correspondant à un état para-électrique quantique, joue un rôle essentiel dans l’augmentation de la masse des porteurs (C. Collignon, Ph. Bourges, B. Fauqué et K. Behnia, Phys. Rev. X 10, 031025 (2020)). D’autre part, la proximité de cette instabilité structurale (associée à un phonon mou dont l’énergie diminue anormalement quand on refroidit) favoriserait la supraconductivité dans SrTiO3 à faible dopage bien que ces deux types d’ordre n’aient a priori rien en commun.



Motivés par ces travaux, nous proposons un sujet de thèse qui s’intéressera à l’étude de l’effet du dopage électronique dans des systèmes para-électriques quantiques. On s’intéressera à l’évolution de la structure électronique (par des mesures de transports électrique et thermoélectrique) et en parallèle à la structure cristalline ainsi qu’à la dynamique associée (spectre des phonons par des mesures de diffusion de neutrons). L’étude s’intéressera dans un premier temps au cas du composé SrTiO3 dopé (La, Nb, réduction en oxygène) puis aux composés KTaO3 et PbTe dopés. L’ensemble de ces travaux permettront de comprendre la nature des nouveaux états électronique de la matière qui apparaissent dans les matériaux para-électriques quantiques dopés.

Retour en haut