Description

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.

Compétences requises

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.

Bibliographie

[1] N.P. Armitage, E.J. Mele, A. Vishwanath,, 'Weyl and Dirac semimetals in three‑dimensional solids',
Rev. Mod. Phys. 90, 015001 (2018).
[2] A. Burkov, 'Topological semimetals', Nature Materials 15, 1145–1148 (2016).
[3] N. P. Ong & W.-L. Lee, 'Thermoelectric and Nernst effects in topological and magnetic semimetals', Annual Rev. Cond. Matter Phys. (2010).

Mots clés

Matériaux topologiques, Effet Nernst anormal, Magnétotransport, Croissance de monocristaux, Effets thermoélectriques