Effet Nernst anormal et transport magnéto-thermoélectrique dans les cristaux topologiques // Anomalous Nernst Effect and Magneto‑Thermoelectric Transport in Topological Crystals

Cette thèse s'inscrit dans le projet ANR SPINTHERM, consacré à l'étude et à l'optimisation des propriétés magnéto‑thermoélectriques de matériaux topologiques. Ces matériaux, incluant isolants topologiques et semi‑métaux de Weyl, présentent des comportements électroniques singuliers directement liés à la géométrie de bande et à la courbure de Berry [1, 2]. L'objectif global du projet est de comprendre comment les interactions entre spin, topologie et magnétisme peuvent amplifier les réponses thermoélectriques (TE), en particulier l'effet Nernst anormal (ANE), afin d'identifier des matériaux capables d'alimenter de futurs dispositifs TE planaires.
Le/la doctorant·e contribuera de manière déterminante à trois volets du projet : (i) la croissance de monocristaux, (ii) la caractérisation de leurs propriétés de magnéto‑transport, et (iii) l'étude de leurs performances TE, incluant Seebeck et Nernst. Les matériaux étudiés comprendront des composés topologiques massifs ainsi que leurs versions dopées magnétiquement, dont l'aimantation interne est susceptible de générer ou renforcer une réponse Nernst anomale.
Le premier objectif sera de produire, par transport en phase vapeur, des monocristaux de haute qualité dont la pureté, la taille et le contrôle du dopage permettront une caractérisation précise. Ces cristaux seront ensuite soumis à un ensemble complet de mesures de transport sous champ magnétique et à basse température : résistivité, effet Hall, signatures topologiques et éventuelles contributions du magnétisme. L'étude TE explorera les effets Seebeck et Nernst en géométrie transversale, avec un accent particulier sur la quantification de l'ANE et ses liens avec la topologie électronique et le dopage magnétique [3].
L'ensemble de ces résultats expérimentaux sera ensuite confronté aux prédictions théoriques développées dans les autres volets du projet, afin d'identifier les mécanismes dominants et les voies d'optimisation. Le travail de thèse vise ainsi à dégager une compréhension intégrée reliant structure, magnétisme, transport et TE dans les matériaux topologiques, et à contribuer à la sélection des systèmes les plus prometteurs pour des applications énergétiques innovantes.
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This PhD project is part of the ANR SPINTHERM program, dedicated to the investigation and optimisation of magneto‑thermoelectric properties in topological materials. These systems, which include topological insulators and Weyl semimetals, exhibit unconventional electronic behaviour arising from their band structure and Berry curvature [1, 2]. The overarching objective of SPINTHERM is to understand how the interplay between spin, topology and magnetism can enhance thermoelectric responses, especially the anomalous Nernst effect (ANE), in order to identify materials suitable for future planar thermoelectric (TE) devices.
The doctoral research will contribute to three major components of the project: (i) the growth of high‑quality single crystals, (ii) the characterisation of their magneto‑transport properties, and (iii) the study of their TE behaviour, including Seebeck and Nernst effects. Target materials will include bulk topological compounds and their magnetically doped variants, whose intrinsic or induced magnetisation may generate or reinforce an ANE.
The first objective is the synthesis of single crystals by chemical vapour transport, with controlled doping levels, purity and morphology enabling precise physical measurements. These crystals will then be investigated through a comprehensive set of transport experiments under magnetic field and at low temperature: resistivity, Hall effect, angular‑dependent measurements, and signatures of topological or magnetic contributions. TE characterisation will focus on Seebeck and Nernst measurements under controlled thermal gradients, with particular attention to quantifying the ANE and correlating it with electronic topology and magnetic doping [3].
Experimental results will be systematically compared with theoretical predictions developed in other work packages of the project, in order to identify the dominant mechanisms and pathways for optimisation. The thesis aims to provide an integrated understanding of how structure, magnetism, transport and TE interact in topological materials, and to contribute to the identification of the most promising systems for innovative energy‑harvesting applications.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://impmc.sorbonne-universite.fr/fr/equipes/design_et_etude_de_nouveaux_materiaux_a_proprietes_remarquables.html

Other public funding

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)

397 Physique et Chimie des Matériaux

Le/la candidat·e doit posséder une solide formation en physique de la matière condensée, science des matériaux ou chimie du solide. Une expérience en synthèse, croissance cristalline ou techniques de caractérisation (diffraction X, microscopie électronique, magnétisation, mesures de transport) est souhaitable mais non obligatoire. Le/la doctorant·e doit être motivé·e, rigoureux·se et capable de travailler de manière autonome et en collaboration dans un environnement de recherche interdisciplinaire. Un intérêt pour les matériaux quantiques et leurs propriétés fonctionnelles est fortement recommandé.
The candidate should have a strong background in condensed matter physics, materials science, or solid-state chemistry. Experience in synthesis, crystal growth, or characterization techniques (X-ray diffraction, electron microscopy, magnetization, transport measurements) is desirable but not mandatory. The student should be motivated, rigorous, and able to work independently and collaboratively in an interdisciplinary and international research environment. Interest in quantum materials and functional properties is highly recommended.