Offre de thèse
UL–UIR - Dynamique thermique ultrarapide, spectroscopie térahertz et propriétés magnétocaloriques de films minces d'oxydes élaborés par PLD
Date limite de candidature
30-06-2026
Date de début de contrat
01-10-2026
Directeur de thèse
MANGIN Stéphane
Encadrement
Le doctorant sera encadré en cotutelle internationale par Stéphane Mangin à l'Institut Jean Lamour, Université de Lorraine, et Mohamed Balli à l'Université Internationale de Rabat. L'encadrement associera l'expertise de l'Institut Jean Lamour en couches minces, hétérostructures magnétiques, mesures ultrarapides et spectroscopie térahertz, et celle de l'UIR dans les matériaux magnétocaloriques, le refroidissement magnétique, les matériaux pour l'énergie et les composés fonctionnels à base de phosphates. Des réunions régulières en visioconférence et en présentiel permettront de suivre l'avancement scientifique, de planifier les campagnes expérimentales à Nancy et Rabat, d'analyser les résultats et d'ajuster les objectifs. Le doctorant suivra les formations de l'École Doctorale et sera encouragé à présenter ses travaux dans les réunions de groupe, séminaires, écoles thématiques, conférences internationales et publications scientifiques.
Type de contrat
école doctorale
équipe
DEPARTEMENT 1 - P2M : 101 - Electronique de spin et nanomagnétismecontexte
Les matériaux magnétocaloriques et thermoélectriques constituent des alternatives prometteuses aux technologies classiques de refroidissement et de conversion thermique. Les oxydes fonctionnels offrent une grande richesse de propriétés physiques grâce au couplage entre charge, spin, réseau et orbitales. Leur mise en forme en couches minces ouvre la voie à leur intégration dans des dispositifs, mais impose de comprendre l'influence des contraintes, de la stœchiométrie en oxygène, de la microstructure et de la dynamique ultrarapide sur leurs propriétés thermiques, magnétiques et électroniques.Les matériaux magnétocaloriques et thermoélectriques constituent des alternatives prometteuses aux technologies classiques de refroidissement et de conversion thermique. Les oxydes fonctionnels offrent une grande richesse de propriétés physiques grâce au couplage entre charge, spin, réseau et orbitales. Leur mise en forme en couches minces ouvre la voie à leur intégration dans des dispositifs, mais impose de comprendre l'influence des contraintes, de la stœchiométrie en oxygène, de la microstructure et de la dynamique ultrarapide sur leurs propriétés thermiques, magnétiques et électroniques.spécialité
Sciences des Matériauxlaboratoire
IJL - INSTITUT JEAN LAMOURMots clés
Oxydes fonctionnels, Spectroscopie térahertz, Ablation laser pulsée, Effet magnétocalorique
Détail de l'offre
Le développement de technologies durables pour l'énergie nécessite de nouveaux matériaux fonctionnels capables de contrôler, convertir et dissiper efficacement la chaleur. Cet enjeu est essentiel pour le refroidissement solide, la gestion thermique des dispositifs électroniques et spintroniques, la récupération de chaleur perdue et certaines applications de refroidissement médical. Les matériaux magnétocaloriques et thermoélectriques offrent des voies prometteuses vers des technologies compactes et sobres en énergie, mais leur intégration dans des dispositifs demande une compréhension fine des couplages entre chaleur, charge, réseau cristallin et magnétisme.
Cette thèse portera sur la croissance et la caractérisation de films minces d'oxydes fonctionnels élaborés par ablation laser pulsée. Les matériaux étudiés incluront des oxydes de métaux de transition, des oxydes à base de terres rares et des composés liés aux phosphates, sélectionnés pour leurs propriétés magnétiques, magnétocaloriques, thermoélectriques ou multifonctionnelles. Une attention particulière sera portée aux systèmes pertinents pour la collaboration UL–UIR, la stratégie du CRFM, la valorisation des ressources phosphatées marocaines et les applications de refroidissement durable.
Le doctorant étudiera d'abord les relations entre conditions de croissance, structure, stœchiométrie en oxygène, contraintes, microstructure et propriétés magnétiques ou de transport. Il mesurera ensuite les réponses thermoélectriques et magnéto-thermiques, notamment l'effet Seebeck, l'effet magnéto-Seebeck, les transitions magnétiques et les propriétés magnétocaloriques. Enfin, la spectroscopie térahertz résolue en temps permettra d'explorer la réponse ultrarapide de ces oxydes, en sondant la conductivité transitoire, les excitations de basse énergie, les modes phononiques et les signatures magnéto-térahertz. L'objectif est d'établir des règles de conception pour des matériaux oxydes capables de convertir, transporter ou contrôler efficacement la chaleur à différentes échelles de temps.
Keywords
Functional oxides, Terahertz spectroscopy, Pulsed laser deposition, Magnetocaloric effect
Subject details
The development of sustainable energy technologies requires new functional materials able to control, convert and dissipate heat efficiently. This challenge is central for solid-state cooling, thermal management of electronic and spintronic devices, waste-heat harvesting and medical cooling applications. Magnetocaloric and thermoelectric materials offer promising routes toward compact and energy-efficient cooling technologies, but their integration into devices requires a deeper understanding of how heat, charge, lattice and magnetic degrees of freedom interact. This PhD project will focus on the growth and physical characterization of functional oxide thin films prepared by pulsed laser deposition. The materials will include transition-metal oxides, rare-earth-based oxides and phosphate-related compounds selected for their magnetic, magnetocaloric, thermoelectric or multifunctional properties. Particular attention will be paid to oxide and phosphate-based systems relevant to the UL–UIR collaboration, the CRFM strategy, the valorization of Moroccan phosphate resources and sustainable cooling applications. The PhD student will first establish growth–structure–property relationships by tuning oxygen pressure, substrate temperature, film thickness, strain and post-growth annealing. The project will then investigate thermoelectric and magneto-thermal responses, including the Seebeck effect, magneto-Seebeck response, magnetic phase transitions and magnetocaloric properties. Finally, time-domain terahertz spectroscopy will be used to probe ultrafast conductivity, low-energy excitations, phonon modes and possible magneto-terahertz signatures. The objective is to establish design rules for oxide-based materials able to convert, transport or control heat efficiently across multiple timescales.
Profil du candidat
Le candidat devra posséder une solide formation en physique de la matière condensée, science des matériaux, nanophysique, optique ou domaine proche. Des compétences ou un intérêt marqué pour la croissance de couches minces, les oxydes complexes, la PLD, la RHEED, la spectroscopie térahertz, l'optique ultrarapide, le magnétisme, les mesures thermoélectriques, l'effet Seebeck ou les matériaux magnétocaloriques seront fortement appréciés. Le projet est expérimental et nécessite une forte motivation pour le travail sur systèmes de croissance, montages optiques et térahertz, mesures en température, caractérisations magnétiques et analyse de données. Autonomie, curiosité scientifique, rigueur et motivation pour une cotutelle internationale entre Nancy et Rabat sont essentielles.
Candidate profile
The candidate should have a strong background in condensed matter physics, materials science, nanophysics, optics or a related field. Knowledge of thin-film growth, complex oxides, PLD, RHEED, terahertz spectroscopy, ultrafast optics, magnetism, thermoelectric measurements, the Seebeck effect or magnetocaloric materials will be highly appreciated. The project is experimental and requires strong motivation for hands-on work with growth systems, optical and THz setups, temperature-dependent measurements, magnetic characterization and data analysis. Autonomy, scientific curiosity, rigor and motivation for an international cotutelle between Nancy and Rabat are essential.
Référence biblio
1. V. K. Pecharsky and K. A. Gschneidner Jr., Giant magnetocaloric effect in Gd5(Si2Ge2), Physical Review Letters 78, 4494, 1997.
2. M. Balli, S. Jandl, P. Fournier and A. Kedous-Lebouc, Advanced materials for magnetic cooling, Applied Physics Reviews 4, 021305, 2017.
3. O. Chdil, M. Bikerouin, M. Balli and O. Mounkachi, Energy materials and magnetocaloric systems, Applied Energy 335, 120773, 2023.
4. D. M. Mittleman, Perspective: Terahertz science and technology, Journal of Applied Physics 122, 230901, 2017.
5. S.-E. Bouzarmine, S. Ait Jmal, L. Attou, Z. El Kacemi, S. Mangin and M. Balli, Exploring the electronic and magnetic behavior of NdPO4: a first-principles study, Inorganic Chemistry, 2026.