Thèse - Evolution de microstructures de phases électroniques ordonnées sous illumination laser et contraintes mécaniques : étude par micro-diffraction X

SOLEIL est le centre français de rayonnement synchrotron, situé sur le plateau de Saclay près de Paris. Il s’agit d’un instrument pluridisciplinaire et d’un laboratoire de recherche, ayant pour mission de conduire des programmes de recherche en utilisant le rayonnement synchrotron, de développer une instrumentation de pointe sur les lignes de lumière et de mettre celles-ci à la disposition de la communauté scientifique. Le synchrotron SOLEIL, outil unique à la fois en matière de recherche académique et d’applications industrielles, a ouvert en 2008. Il est utilisé annuellement par plusieurs milliers de chercheurs français et étrangers, à travers un large éventail de disciplines telles que la physique, la biologie, la chimie, l’astrophysique, l’environnement, les sciences de la terre, etc. SOLEIL s’appuie sur une source de rayonnement remarquable à la fois en termes de brillance et de stabilité. Cette Très Grande Infrastructure de Recherche (TGIR), partenaire de l’Université Paris-Saclay, est constituée en société « civile » fondée conjointement par le CNRS et le CEA.                                                                       

Résumé du projet de thèse

L’objectif scientifique de cette thèse est d’étudier l’évolution de la microstructure d’états électroniques collectifs sous l’effet de stimuli lumineux ou mécaniques. Nous nous intéresserons aux composés à onde de densité de charge (ODC), parfois appelés « cristaux électroniques » en raison de la modulation périodique de la densité électronique qui les caractérise à basses températures. La diffraction des rayons X permet d’analyser l’amplitude, la direction et la périodicité des modulations ODC. Ce travail de thèse consistera à développer des techniques originales de micro-diffraction X compatibles avec des environnements complexes sur synchrotron, afin d’étudier à l’échelle micrométrique les inhomogénéités affectant l’ordre électronique : présence de domaines, déformation des fronts d’onde des ODC… Seront considérées les inhomogénéités d’ODC résultant soit d’une excitation laser, soit de l’application de contraintes mécaniques, avec à la clef une meilleure compréhension de la nature de ces phases électroniques ordonnées et de leurs sources d’instabilité. Cette étude permettra de porter un regard nouveau sur les états à ODC qui apparaissent fréquemment en matière condensée, souvent en compétition avec des phases supraconductrices.
 

Objectif et contexte

L’objectif scientifique de cette thèse est d’étudier l’évolution de la microstructure d’états électroniques collectifs sous l’effet de stimuli lumineux ou mécaniques. Nous nous intéresserons en particulier à des systèmes présentant des Ondes de Densité de Charge (ODC). Si ces phases ont été très étudiées dans les systèmes quasi-1D, elles ont trouvé un regain d’intérêt dans les systèmes 2D depuis qu’elles ont été découvertes à proximité de la phase supraconductrice dans les supraconducteurs à haute température critique. D’un point de vue structural, les ODC se manifestent par l’apparition d’une distorsion périodique du réseau cristallin, laquelle induit une modulation de la densité de charge de même période spatiale.

Dans cette thèse nous poursuivrons deux principaux axes d’étude des ODC soumises à des stimuli différents, optique pour le premier, mécanique pour le deuxième. Il s’agira de mettre en évidence et de caractériser les signatures microstructurales complexes induites par ces stimuli et leur influence sur les propriétés électroniques des composés : nouveau type de dynamique photoinduite, nature de phases électroniques originales apparaissant dans le diagramme des phases.

Dans ce contexte, la thèse s’appuiera en grande partie sur un développement instrumental original, notamment sur la ligne de lumière CRISTAL au Synchrotron SOLEIL, permettant de rendre la technique de micro-diffraction des rayons X accessible dans des environnements échantillon pertinents pour les études en Matière Condensée : illumination laser, cryostats, fours, cellules de pression, machines de traction… 
 

Profil et compétences recherchées

Le .la candidat.e sera titulaire d’un M2 en Physique, Physique de la Matière Condensée ou Sciences des Matériaux, incluant idéalement une formation initiale en Structure de la Matière et Diffraction des Rayons X. Il.elle devra présenter une forte motivation pour le développement instrumental.

Durant le contrat doctoral, le.la candidat.e pourra suivre une formation Cristallographie et Grands Instruments pour se familiariser avec les techniques de pointe proposées dans les centres synchrotron et XFEL. Une bonne maîtrise de Python est attendue pour l’analyse des données.
 

Précision sur l'encadrement

La thèse sera co-encadrée par un chercheur et un enseignant-chercheur du LPS (Vincent JACQUES et Claire LAULHÉ), ainsi que par le responsable de la ligne de lumière CRISTAL du synchrotron SOLEIL (Pierre FERTEY).