UL–UIR - Dynamique thermique ultrarapide, spectroscopie térahertz et propriétés magnétocaloriques de films minces d'oxydes élaborés par PLD // UL–UIR - Ultrafast heat dynamics, terahertz spectroscopy and magnetocaloric properties of PLD-grown oxide thin f

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.
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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.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://spin.ijl.cnrs.fr

Enseignement supérieur

Université de Lorraine

606 C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE

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.
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.