Phd : Nanofeuillet D'oxides Ferromagnétiques Pour

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Date Limite Candidature : mercredi 2 août 2023

**Informations générales**:
**Intitulé de l'offre **:PhD : Nanofeuillet d'oxides ferromagnétiques pour la spintronique, H/F**
Référence : UMR6251-PASTUR-001
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : RENNES
Date de publication : mercredi 12 juillet 2023
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2023
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel
Section(s) CN : Matière condensée : structures et propriétés électroniques

**Description du sujet de thèse**:
Cette thèse se positionne à l'interface entre sciences des matériaux et électronique de spin. Elle sera réalisée conjointement à l'Institut de Physique de Rennes et à l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes. Le but de cette thèse est d'étudier le potentiel inexploré de nanofeuillets d'oxydes 2D comme briques de base pour la spintronique. Ces nouvelles familles d'oxydes 2D offrent diverses propriétés physiques d'intérêt, telles que de fortes constantes diélectriques, l'existence d'ordres ferroélectriques ou ferromagnétiques à 2D, tout en étant stables à l'air, atout de choix pour la spintronique 2D [1]. Nous chercherons à démontrer ce potentiel en développant un matériau 2D présentant les particularités remarquables d'être stable à l'air et ferromagnétique à température ambiante. Pour ce faire, le/la doctorant(e) se focalisera sur le nanofeuillet modèle récemment découvert Ti1-x-yFexCoyO2, isolant ferromagnétique 2D [1-3] pouvant être employé comme filtre à spin. Cette famille de nanofeuillets sera étudiée, depuis la synthèse des cristaux massifs lamellaires parents jusqu'à l'intégration de nanofeuillets dans des jonctions tunnel magnétiques.

Le/La doctorant/doctorante synthétisera dans un premier temps les phases lamellaires parentes pour différentes compositions en éléments magnétiques. Un effort particulier sera consacré à l'optimisation des paramètres de croissance cristalline afin d'obtenir des monocristaux de grande taille. Les propriétés magnétiques de la phase parente seront ensuite caractérisées par magnétométrie SQUID afin de sélectionner les compositions conduisant à une température de Curie élevée, une forte aimantation à saturation et un faible champ coercitif [3]. Deux stratégies d'exfoliation seront mises en œuvre pour l'obtention de nanofeuillets ferromagnétiques de Ti1-x-yFexCoyO2. Une méthode d'exfoliation chimique, déjà maitrisée dans notre groupe, permettra la préparation routinière de solutions colloïdales de nanofeuillets (taille latérale entre 1 et 10µm) pouvant être utilisée pour le dépôt par drop-casting de monocouches denses de feuillets sur n'importe quel substrat. Les monocristaux massifs de grande taille seront eux exfoliés mécaniquement avec l'objectif d'obtenir des monofeuillets de grande taille latérale (i.e. > 100 µm). Les nanofeuillets obtenus seront caractérisés après exfoliation et transfert par MEB, AFM, STM et spectroscopie Raman. Leurs propriétés magnétiques seront étudiées par des mesures magnéto-optiques (effet Kerr, effet Faraday). Les propriétés électroniques des nanofeuillets ferromagnétiques seront étudiées de manière intensive par spectroscopies électroniques en laboratoire et au synchrotron SOLEIL (photoémission résolue en angle et en spin, dichroïsme circulaire d'absorption des rayons X). Finalement, le/la doctorant/doctorante prendra en charge l'intégration de nanofeuillets de Ti1- xyFexCoyO2 (monocouche ou multicouche) dans des jonctions tunnel magnétiques de référence associant nanofeuillets ferromagnétiques et films minces de métaux de transition ferromagnétiques (Fe, Co). Les jonctions tunnel seront définies par des méthodes de lithographie optique conventionnelle puis caractérisées en transport et magnéto-transport. On cherchera en particulier à corréler propriétés de magnéto-transport et propriétés électroniques aux interfaces de la jonction tunnel. A terme, ces nanofeuillets pourront être intégrés dans des hétérostructures de Van der Waals pour l'injection de spin dans des dichalcogénures de métaux de transition (TMDs).

[1] M. Osada, T. Sasaki, Adv. Mater. 24, 210 (2012).
[2] B.W. Li et al., J. Am. Chem. Soc. 139, 10868 (2017).
[3] M. Osada et al., Nanoscale 6, 14227 (2014).

**Contexte de travail**:
Ce projet doctoral sera mené conjointement à institut de Physique de Rennes (UMR 6251, Département Matériaux Nanosciences) et l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes (UMR 6226, Équipe Chimie du Solide et Matériaux).

La synthèse et les caractérisations structurales des nanofeuillets ferromagnétiques sera menée à l'ISCR, spécialiste reconnu de l'élaboration et l'exfoliation de nanofeuillets d'oxides. L'intégration des nanofeuillets dans de