ANR - Croissance de films minces d'oxydes à haute entropie par épitaxie par jet moléculaire

Offre de thèse

Date limite de candidature

24-04-2026

Date de début de contrat

01-09-2026

Directeur de thèse

LEDIEU Julian

Encadrement

Direction de thèse : Julian Ledieu (DR-CNRS) 50% Co-direction de thèse : Karine Dumesnil (CR-CNRS) 50% Réunion hebdomadaire avec les encadrants pour le suivi des travaux. Comité de suivi.

Type de contrat

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Candidater à cette offre

école doctorale

C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE

équipe

DEPARTEMENT 2 - CP2S : 203 - Métallurgie et Surfaces

contexte

High entropy materials exhibit functional properties than surpass those of their constituents. Their immense compositional space should facilitate tailoring their functional properties. It is worth recalling that for a given quinary system with 1 at.% increment, there exist theoretically 4.5 million materials with different compositions. Consequently, high entropy materials represent an ideal playground to continue discovering new bulk and surface properties. Here, the ANR research project will focus at answering both fundamental and more applied questions regarding HEA and HEO thin films, their associated surfaces and functionalities. To disentangle decisive factors linked to the growth, stability, and properties on such complex materials, investigations of model systems under controlled conditions are of paramount importance. To this end, it will aim at obtaining high structural quality epitaxial thin films which would overcome the current lack of availability of large HEA & HEO single crystals due to difficulties encountered during the growth by conventional techniques (Czochralski, Bridgman). This multidisciplinary project ranging from thin film growth to surface characterisation and interface properties is perfectly timed with the use of high entropy materials in several applications. The outcomes of the project will be many-fold including knowledge on the structural stability of bulks and surfaces upon annealing cycles at moderate temperatures and on HEO catalytic activities.

spécialité

Sciences des Matériaux

laboratoire

IJL - INSTITUT JEAN LAMOUR

Mots clés

croissance épitaxiale, oxydes à haute entropie, structure de surface

Détail de l'offre

La thèse se déroulera dans le cadre d'un projet ANR qui repose sur l'expertise de 3 équipes de recherche, de 3 centres techniques et sur des installations uniques à l'IJL. Le projet de thèse visera à synthétiser et à fournir des monocristaux d'oxyde (HEO) à haute entropie à base de terres-rares sous forme de films minces épitaxiés. Leurs structures de surface, d'interface et de volume seront caractérisées à l'échelle atomique, tout en bénéficiant des fonctionnalités intrinsèques de ces matériaux.
Pour décolérer les facteurs clés liés à la croissance, à la stabilité et aux propriétés de matériaux aussi complexes, l'utilisation de systèmes modèles dans des conditions contrôlées est d'une importance capitale. La croissance par épitaxie par jets moléculaires (MBE) de couches minces épitaxiées de haute qualité structurale permettra de pallier au manque de monocristaux centimétriques de HEO liée aux difficultés rencontrées lors de la croissance par les techniques conventionnelles. Les monocristaux ainsi obtenus par MBE avec une orientation cristallographique bien définie permettront une compréhension fondamentale des surfaces et interfaces des HEO à l'échelle nanométrique (ségrégation, reconstruction de surface, structure atomique…), tout en explorant leurs propriétés et fonctionnalités intrinsèques en l'absence de nombreux joints de grains.

Keywords

epitaxial growth, high entropy oxides, surface structure

Subject details

The thesis project will be part of an ANR-funded project relying on the expertise of 3 research teams, 3 technical centers within IJL and on unique facilities on site. The thesis project will aim at synthesizing and supplying rare-earth based high entropy oxide (HEO) single crystals as epitaxial thin films, allowing fundamental investigations of their surface, interfaces and bulk structures down to the atomic scale and to benefit from the material intrinsic functionalities. To disentangle decisive factors linked to the growth, stability, and properties on such complex materials, investigations of model systems under controlled conditions are of paramount importance. The growth by molecular beam epitaxy (MBE) of high structural quality epitaxial thin films will overcome the current lack of availability of large HEO single crystals due to difficulties encountered during the growth by conventional techniques. Then, MBE-grown single crystals with a well-defined crystallographic orientation will allow fundamental understanding of HEO surfaces and interfaces at the nanoscale (including possible chemical segregation phenomena, phase stability, surface atomic structure and possible reconstructions), while exploring their intrinsic properties and functionalities without the presence of numerous grain boundaries.

Profil du candidat

Master en physique, science des matériaux ou chimie du solide. Une première expérience en caractérisation et en croissance de matériaux serait appréciée. Maîtrise de l'anglais, de l'écrit et de la communication orale.

Candidate profile

Master in physics, materials science, or solid-state chemistry. A first experience in materials characterization and growth would be appreciated.
Proficiency in English, writing and oral communication.

Référence biblio

[1] C. Rost, E. Sachet, T. Borman, A. Moballegh, E.C. Dickey, D. Hou, J.L. Jones, S. Curtarolo and J.-P. Maria, Entropy-stabilized oxides, Nat
Commun 6, (2015) 8485. https://doi.org/10.1038/ncomms9485 .
[2] R.R. Sihombing, T.Scheike, J. Uzuhashi, H. Yasufuku, T. Ohkubo, Z. Wen, S. Mitani, H. Sukegawa, High entropy oxide epitaxial films with
interface perpendicular magnetic anisotropy and tunnel magnetoresistance effect toward spintronic applications, Mater. Today 88, (2025) 12.
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.06.025
[3] Y. Sharma, B.L. Musico, X. Gao, C. Hua, A.F. May, A. Herklotz, A. Rastogi, D. Mandrus, J. Yan, H.N. Lee, M.F. Chisholm, V. Keppens,
and T.Z Ward, Single-crystal high entropy perovskite oxide epitaxial films, Phys. Rev. Mat. 2, (2018) 060404(R).
https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.2.060404
[4] R. Kumar Patel, S. Kumar Ojha, S. Kumar, A. Saha, P. Mandal, J.W. Freeland, and S. Middey, Epitaxial stabilization of ultra thin films of
high entropy perovskite, Appl. Phys. Lett. 116, (2020) 071601. https://doi.org/10.1063/1.5133710
[5] J.L. Braun, C.M. Rost, M. Lim, A. Giri, D.H. Olson, G.N. Kotsonis, G. Stan, D.W. Brenner, J.-P. Maria and P.E. Hopkins, Charge-Induced
Disorder Controls the Thermal Conductivity of Entropy-