Conception de ferroélectriques moléculaires à base d'éléments non critiques pour des matériaux fonctionnels avancés // Tailoring Non-Critical Element-Based Molecular Ferroelectrics for Advanced Functional Materials

Le projet de doctorat implique deux principaux packages de travail (WP) du projet PEPR-MISTRAL, visant à développer des ferroélectriques moléculaires (FE) à base d'éléments non critiques. Le travail se concentre sur la conception, la synthèse et la caractérisation de ces matériaux afin de comprendre et d'optimiser leurs propriétés ferroélectriques et magnéto-électriques pour des applications avancées.

Objectifs :
Synthétiser des matériaux moléculaires ferroélectriques en utilisant des méthodes fluidiques à haut débit, en optimisant les paramètres de réaction pour découvrir des matériaux non conventionnels.
Caractériser les matériaux synthétisés par diffraction des rayons X, spectroscopie Raman, IR, UV-Vis, photoluminescence et autres techniques.
Développer des méthodologies pour caractériser les propriétés ferroélectriques des matériaux moléculaires, incluant les mesures de polarisation, coercivité et comportement piézoélectrique, tant au niveau local que macroscopique.
Étudier l'influence des ions métalliques, des ligands chiraux et des conditions de synthèse sur les propriétés des matériaux, en particulier leur cristallisation dans des groupes spatiaux polaires.
Optimiser la synthèse et la mise en forme des matériaux pour des applications en films minces, tels que des capteurs et dispositifs de mémoire.
WP1 : Conception, synthèse et mise en forme des ferroélectriques moléculaires assistée par fluidique à haut débit
WP1 vise à optimiser la synthèse des matériaux FE moléculaires en utilisant des techniques fluidiques continues à haut débit. L'étudiant sera impliqué dans deux tâches principales : d'abord, la synthèse de ligands chiraux de base de Schiff et de complexes métalliques (Tâche 1.1), puis l'optimisation des conditions de cristallisation par synthèse fluidique (Tâche 1.2). Le projet se concentrera sur des ions métalliques non critiques tels que Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe²⁺/Fe³⁺ et Zn²⁺, et étudiera l'effet de différents ligands et solvants. Après l'optimisation des conditions, la synthèse sera transposée à l'échelle laboratoire (Tâche 1.3) et les matériaux seront transformés en films minces pour des applications dans des dispositifs (Tâche 1.4). Les films minces seront étudiés pour évaluer leurs propriétés ferroélectriques, notamment la polarisation et la coercivité, en utilisant des techniques comme le drop-casting et le spin-coating.

WP2 : Développements méthodologiques pour la caractérisation des ferroélectriques moléculaires
WP2 se concentre sur le développement de méthodologies pour la caractérisation des matériaux FE moléculaires. L'étudiant sera impliqué dans plusieurs tâches, à commencer par la caractérisation structurale et spectroscopique des matériaux à l'aide de diffraction des rayons X, spectroscopie Raman, IR (Tâche 2.1). Le projet inclut aussi des mesures des propriétés ferroélectriques macroscopiques des monocristaux et films minces (Tâches 2.2 et 2.3), ainsi que l'étude des propriétés magnétiques des matériaux FE paramagnétiques à l'aide de la magnétométrie SQUID pour mesurer la susceptibilité magnétique, la magnétisation, et l'anisotropie magnéto-cristalline.

Le projet de doctorat explore la conception et la synthèse de ferroélectriques moléculaires à base d'éléments non critiques pour des applications avancées. Le candidat développera des méthodes innovantes pour la synthèse, la caractérisation structurale et la mesure des propriétés ferroélectriques et magnéto-électriques de ces matériaux. L'objectif est de contribuer à la création de matériaux moléculaires adaptés à des dispositifs tels que des capteurs et des mémoires.
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The PhD project involves two main work packages (WPs) of the PEPR-MISTRAL porject aimed at developing molecular ferroelectrics (FE) based on non-critical elements. The work focuses on the design, synthesis, and characterization of these materials with the goal of understanding and optimizing their ferroelectric and magneto-electric properties for advanced applications.

Objectives:
Synthesize molecular materials with ferroelectric properties using high-throughput fluidic methods, optimizing reaction parameters to discover unconventional materials.
Characterize the synthesized materials using a wide range of techniques, including structural analysis (X-ray diffraction), spectroscopic studies (Raman, IR, Circular Dichroism), and optical measurements (UV-Vis, photoluminescence).
Develop methodologies for the characterization of ferroelectric properties in molecule-based materials, including local and macroscopic measurements of polarization, coercivity, and piezoelectric behavior.
Study the influence of metal ions, chiral ligands, and synthesis conditions on the physical and ferroelectric properties of the materials, investigating their crystallization in polar space groups.
Optimize the synthesis and shaping of materials for integration into thin films and explore their use in real-world applications, including sensors and memory devices.

WP1: Design, Synthesis, and Shaping of Molecular Ferroelectrics Assisted by High-Throughput Fluidics

WP1 aims to optimize the synthesis of molecular FE materials using high-throughput continuous fluidic techniques. The student will work on two main tasks: first, synthesizing chiral Schiff base ligands and metal complexes (Task 1.1), and second, using high-throughput fluidic synthesis to optimize crystallization conditions (Task 1.2). The project will prioritize non-critical metal ions such as Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe2+/Fe3+, and Zn2+ and will investigate the effects of different metal ions, ligands, and solvents on crystallization. Following the fluidic optimization, the candidate will adapt synthesis for laboratory-scale production (Task 1.3) and shape materials into thin films for device applications (Task 1.4). Thin films will be analyzed to assess their FE properties, including polarization and coercivity, using techniques like drop-casting and spin-coating.

WP2: Methodological Developments for Molecular Ferroelectric Characterization

WP2 focuses on developing advanced methodologies to characterize molecular FE materials. The student will engage in a range of tasks, starting with structural and spectroscopic characterization of materials using Raman spectroscopy, X-ray diffraction, and infrared analysis (Task 2.1). The project will also explore macroscopic FE properties t) for single-crystals and thin films (Task 2.2 and Task 2.3). The student will investigate the magnetic properties of paramagnetic molecular FE materials, using techniques such as SQUID magnetometry to measure magnetic susceptibility and magnetization, and to study magneto-crystalline anisotropy.

The PhD candidate will be involved in the design and synthesis of innovative molecular FE materials, develop new experimental techniques, and advance the understanding of the relationship between structural, ferroelectric, and magneto-electric properties. The project provides an exciting opportunity to contribute to the development of next-generation materials for electronic, sensor, and energy applications.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université de Montpellier

459 Sciences Chimiques Balard

Le candidat doit être titulaire d'un master en chimie de coordination, matériaux moléculaires ou dans un domaine connexe, avec une expérience en synthèse, cristallisation et méthodes de caractérisation standards (par exemple, diffraction des rayons X, spectroscopie). La connaissance de la ferroélectricité et des techniques associées est un atout. Le candidat retenu devra faire preuve d'une grande motivation pour la recherche et être capable de travailler efficacement dans un environnement de recherche collaboratif.
The candidate should hold a Master's degree in coordination chemistry, molecular materials, or a related field, with experience in synthesis, crystallization, and standard characterization methods (e.g., X-ray diffraction, spectroscopy). Knowledge of ferroelectricity and related techniques is advantageous. The successful candidate will possess a strong motivation for research and capable of working effectively in a collaborative research environment.