Transitions de phase photoinduites ultrarapides dans des matériaux à changement de phase de type ferroé

Sujet de thèse :
Positionnement du projet scientifique :
En raison de leurs remarquables propriétés électriques et optiques, les matériaux à changement de phase (PCM) ont attiré beaucoup d'attention, tant pour la science fondamentale que pour leur potentiel d'application. Aujourd'hui, un domaine en plein essor utilisant divers PCM est celui du calcul neuromorphique dans la perspective de créér des neurones et synapses artificiels physiques. Le potentiel pour une réduction du coût énergétique et pour l’accélération du processus d'inférence et d'apprentissage de l'intelligence artificielle est particulièrement intéressant. L'émulation des neurones et des synapses est souvent basée sur les memristors, qui permettent d'accéder à plusieurs états de résistivité par un stimulus externe. Cette commutation entraîne une variation significative des propriétés physiques telles que la résistivité, la permittivité diélectrique ou l’aimantation. L'échelle de temps typique pour la commutation dans différents matériaux s'étend de centaines de nanosecondes à plusieurs centaines de picosecondes.

La réduction des temps de commutation caractéristiques et de la consommation d'énergie nécessite un changement de paradigme en passant de la commutation résistive à d'autres mécanismes tels que la commutation optique. Aujourd'hui, la commutation entièrement optique entre deux configurations magnétiques présentant un « 1 » et un « 0 » logiques a été démontrée dans des systèmes magnétiques tels que les alliages métalliques magnétiques [1,2]. Cependant, ce phénomène se produit au sein d'une phase magnétique établie et n'est pas assimilé à une transition de phase thermodynamique. Récemment, il a été démontré qu'une transition de phase paraélectrique à ferroélectrique était possible dans le strontium-titanate (SrTiO3) paraélectrique commandé par des impulsions optiques térahertz ultracourtes [3]. Ce résultat remarquable ouvre la possibilité de créer une phase ferroélectrique métastable à partir d'une phase paraélectrique quantique dans un matériau soumis à des impulsions térahertz intenses à l'échelle de la picoseconde. Dans le cas du SrTiO3 paraélectrique quantique, cette transition de phase pilotée optiquement se produit à une température très basse, inférieure à 50 K, ce qui le rend difficilement utilisable pour des applications technologiques au quotidien.
Projet:
Ce projet de thèse abordera la physique sous-jacente aux transitions de phase photoinduites à l'échelle de temps de la femtoseconde à la nanoseconde dans une nouvelle classe de PCM, plus précisément les matériaux ferro- et antiferroélectriques sans plomb.
Pour relever les défis susmentionnés, la recherche se concentrera sur les matériaux pérovskites ferroélectriques et antiferroélectriques déposés sous forme de couches minces par ablation laser pulsée dans le cadre d'un projet de recherche national de l'ANR (= « FASTPHASE »). Ces matériaux présentent plusieurs t
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