Multicouches antiferroélectriques pour du stockage d'énergie efficace et écologique en supercapacités: étude expérimentale fondamentale pour une application réelle // Multilayered antiferroelectric films for green and efficient energy storage: fundamental

Les antiferroélectriques sont des matériaux diélectriques composés d'un arrangement antipolaire de dipôles, qui ne présentent pas de polarisation macroscopique. Ils peuvent être basculés vers une phase ferroélectrique polaire par application d'un champ électrique : cette transition de phase induite par champ électrique est appelée « switching », ce qui induit une courbe de polarisation en fonction du champ électrique en forme de 'double boucle d'hystérésis'. La forme de cette double boucle d'hystérésis permet un stockage efficace d'énergie électrique et une décharge très rapide, utile pour les applications à haute puissance [1, 2]. Les mécanismes fondamentaux sous-jacents à ces transitions de phase induites par champ électrique sont encore mal compris, mais sont clés pour mieux comprendre ces matériaux.
En particulier, le développement d'alternatives durables aux ferroélectriques et antiferroélectriques à base de plomb traditionnels est une étape cruciale vers la création de solutions de stockage d'énergie respectueuses de l'environnement.
Ce projet de recherche de doctorat se concentrera sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux qui peuvent remplacer les composés à base de plomb toxiques dans les dispositifs de stockage d'énergie, tels que les supercondensateurs.
Au cours de ce doctorat, le candidat sera amené à :
• Concevoir et synthétiser des alternatives écologiques aux ferroélectriques et antiferroélectriques à base de plomb standard
• Analyser en profondeur les propriétés électriques, structurales et chimiques de ces nouveaux matériaux
• Étudier l'aptitude de ces matériaux pour les dispositifs de stockage d'énergie, en particulier les supercondensateurs, et optimiser leurs performances pour améliorer la densité d'énergie et la densité de puissance
• Étudier in situ les multicouches ferroélectriques et antiferroélectriques sous l'influence de champs électriques et de changements de température pour élucider les mécanismes sous-jacents de leurs transitions de phase.
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Antiferroelectrics are dielectric materials composed of an antipolar array of dipoles, which display no macroscopic polarisation. They can be switched to a polar ferroelectric phase by application of an electric field: this field-induced phase transition is called switching, which induces a so-called “double hysteresis loop” in its polarisation vs electric field curve. The shape of this double hysteresis loop allows for efficient storage of electrical energy and a very fast discharge, useful for high-power applications [1, 2]. The fundamental mechanisms underlying these field-induced phase transitions are also quite unknown but are keys to further understand these materials.
In particular, the development of sustainable alternatives to traditional lead-based ferroelectrics and antiferroelectrics is a crucial step towards creating environmentally friendly energy storage solutions.
This PhD research project will focus on the synthesis and characterization of novel materials that can replace toxic lead-based compounds in energy storage devices, such as supercapacitors.
During this PhD, the candidate will:
• Design and synthesise of eco-friendly alternatives to standard lead-based (anti)ferroelectrics
• Analyse in-depth the electrical, structural, and chemical properties of these novel materials
• Investigate the suitability of these materials for energy storage devices, particularly supercapacitors, and optimise their performance for enhanced energy density and power density.
• Study in-situ (anti)ferroelectric multilayers under the influence of electric fields and temperature change to elucidate their underlying mechanisms of their phase transitions
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrats ED : Programme blanc GS-SIS

Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

573 Interfaces : matériaux, systèmes, usages

Le candidat doit être titulaire d'un diplôme de l'enseignement supérieur (équivalent à un master) dans les domaines de la physique de la matière condensée, de la science des matériaux ou de la chimie des solides. De bonnes aptitudes à la présentation et une communication claire sont requises. La maîtrise du français n'est pas obligatoire, mais une maîtrise parfaite ou professionnelle de l'anglais est indispensable.
The candidate is expected to have pursued a higher education degree (equivalent to a Master degree) in the fields of condensed-matter physics, material science or solid-state chemistry. Good presentation skills and clear communication are required. Knowledge of French language is not required, but fluent or professional English is.