CNRS
Postée il y a 24 heures
Contexte scientifique
Pour les sciences thermiques fondamentales dédiées aux nanomatériaux, il n'existe actuellement pas de solution mature au problème de la mesure thermique à l'échelle nanométrique. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANTICHI (Advanced Nanoscale Thermal Imaging and CHaracterization Instruments), qui vise à développer un instrument polyvalent qui permettra l'analyse des processus thermiques à méso-échelle dans des conditions expérimentales hautement contrôlées afin de comprendre la nature fondamentale du transport de chaleur et de mesurer les propriétés de conduction thermique des matériaux à l'échelle nanométrique.
Le projet ANTICHI vise à développer et à démontrer un instrument unique de microscopie thermique à balayage sous vide (SThM) capable d'effectuer des mesures thermiques de contact dans des conditions cryogéniques avec une résolution spatiale à l'échelle nanométrique et la capacité d'évaluer de manière sensible le transport de chaleur à l'échelle nanométrique sur une plage de température étendue (de 100 K à 300 K). Pour y parvenir, il comprend (1) le développement d'une nouvelle sonde SThM basée sur la thermométrie résistive NbN ainsi que les nouvelles instrumentations nécessaires pour améliorer ses performances pour les mesures cryogéniques, (2) un nouvel instrument de microscopies thermique et électronique à balayage (SThM-MEB) équipé d'une platine de refroidissement pour amener l'échantillon à une température variant de 100 K à 300 K et d'utiliser la nouvelle sonde NbN SThM.
L'usure et la contamination de surface introduisant de grandes incertitudes dans les mesures SThM, l'instrument hybride sera optimisé pour le nettoyage in situ des sondes et des échantillons. Des logiciels et des modèles seront développés pour le traitement et l'analyse des données. Enfin, les capacités de l'instrument seront évaluées à l'aide de protocoles et d'échantillons de référence préalablement développés à cet effet en collaboration avec des instituts nationaux de métrologie européens.
La démonstration de l'instrument en laboratoire avec des échantillons de référence pour leur comportement à basse température sera la réalisation finale du projet.
Projet de recherche
Le/La doctorant(e) recruté(e) par le CETHIL effectuera principalement des tâches liées au traitement des données et à la démonstration du nouvel instrument de microscopies thermique et électronique à balayage (SThM-MEB) aux différentes étapes de son développement, à savoir :
- Le développement d'un microscope à force atomique (AFM) équipé d'une platine de refroidissement permettant d'amener l'échantillon à une température comprise entre 100 K et 300 K, à l'aide de sondes commerciales mais aussi d'une nouvelle sonde NbN SThM développée à l'Institut NEEL de Grenoble,
- L'intégration du cryo-SThM dans un MEB optimisé par l'Institut Lumière et Matière de Lyon pour le nettoyage in-situ de la sonde et de l'échantillon avant mesure, permettant des analyses corrélatives AFM, SThM et MEB dans des conditions très fortement contrôlées,
- L'évaluation et la démonstration des capacités de l'instrument de mesure thermique et de microscopie électronique à température cryogénique sur des échantillons de référence et à fort impact scientifique sélectionnés pour leur comportement à basse température.
Assisté(e) par des ingénieurs et des personnels techniques, le/la doctorant(e) sera donc impliqué(e) dans les différents développements instrumentaux du projet pour sa propre formation ; il/elle sera donc impliqué(e) dans tous les WPs du projet.
Contexte de travail
La thèse sera réalisée au sein de l'équipe « Micro et Nanoscale Heat Transfer » (MiNT) du Centre d'Energie et de Thermique de Lyon (CETHIL), sur le campus de La Doua-LyonTech à Villeurbanne. L'équipe du MiNT, composée d'une quinzaine de personnes dont 5 chercheurs et enseignants-chercheurs permanents, est pionnière de la microscopie thermique AFM au niveau européen et mondial.
Le travail de thèse sera réalisé dans le cadre du projet ANR ANTICHI (pour Advanced Nanoscale Thermal Imaging and CHaracterization Instruments), qui réunit trois laboratoires français, partenaires de longue date, à Lyon et Grenoble : le CETHIL et l'ILM (Lyon) et l'Institut NEEL (Grenoble). Les différentes disciplines scientifiques qui sous-tendent le projet ANTICHI - physique (matière condensée), ingénierie (transfert de chaleur, électronique) et métrologie (thermométrie résistive, SThM, cryogénie) - sont toutes représentées par des groupes de recherche reconnus et de premier plan avec un haut degré de complémentarité. Des échanges et des séjours dans les laboratoires partenaires sont prévus.
Compétences recherchées
Vous avez un projet de recherche de Master en développement expérimental et mesure. Une expérience de la mesure et de la mesure AFM en champ proche et éventuellement (nano) thermique serait un plus. Curieux et ouvert d'esprit, vous êtes une personne connectée au banc expérimental, à l'aise avec la physique expérimentale, vous avez des connaissances en matériaux et en électronique et vous aimez les nanotechnologies disruptives. Enfin, vous êtes à l'aise en anglais, rigoureux, motivé par la prise de risque.