Doctorant (H/F) : synthèse de films minces ferroélectriques par ablation laser pulsé pour le contrôle d

Sujet de thèse :
La mission principale du doctorant ou de la doctorante consistera à synthétiser puis caractériser des films minces de matériaux ferroélectriques par ablation laser pulsé (combinatoire) en variant la composition et les conditions de croissance afin de contrôler la réponse ferroélectrique. La conductivité thermique de ces films sera ensuite mesurée, en collaboration avec un postdoctorant de l’équipe.

Contexte : le développement d’interrupteurs thermiques permettant de contrôler les flux de chaleur [1] permettrait d’améliorer de manière significative l’efficacité des dispositifs thermoélectriques et des systèmes de réfrigération solides. Dans le cadre de ce projet, le doctorant ou la doctorante explorera un mécanisme original basé sur l'interaction entre les phonons et des défauts planaires spontanés dans les matériaux ferroélectriques, pour concevoir des interrupteurs thermiques. Les matériaux ferroélectriques présentent spontanément des régions de polarisation uniforme appelées domaines. Ils sont séparés par des défauts plans appelés parois de domaines [2]. Les polarisations peuvent être commutées, et donc le nombre de domaines et leurs orientations contrôlés, par application d'une tension. Les parois de domaines possèdent des profils de déformation complexes et interagissent avec les phonons comme le font les défauts [3]. Ainsi, lorsque la densité de parois de domaines augmente, le nombre de collisions entre les parois de domaines et les phonons augmente et la conductivité thermique est réduite. Le contrôle de la densité de parois de domaines via l’application d’un champ électrique permettrait donc à terme de développer un interrupteur thermique compact et efficace sur une large gamme de température.

[1] Wong et al. A review of state-of-the-art thermal diodes and their potential applications. Int. J. Heat Mass Transf. 164, 120607 (2021) [2] Nataf et al. Domain-wall engineering and topological defects in ferroelectric and ferroelastic materials. Nat. Rev. Phys. 2, 634–648 (2020) [3] Limelette et al. Influence of ferroelastic domain walls on thermal conductivity. Phys. Rev. B 108, 144104 (2023).

Activités : Le projet se concentrera sur la synthèse par ablation laser pulsé de films minces ferroélectriques. En particulier, le doctorant ou la doctorante utilisera un système d’ablation laser pulsé combinatoire unique en France qui permet de déposer des films présentant des gradients de compositions. Les compositions choisies seront basées sur des dérivés de BaTiO3 et de KNbO3. Les conditions de croissance seront variées : choix du substrat, épaisseur, température, etc. Il ou elle effectuera ensuite l’ensemble des caractérisations structurales et électriques de ces films (diffraction des rayons X, courbes P-E, mesures diélectriques). Enfin, il ou elle participera à la mesure de la conductivité thermique par thermoréflectance, sous champ électrique, en collaboration avec un postdocto
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