Description

Les transformations topotactiques dans les oxydes complexes de métaux de transition constituent une voie puissante pour ajuster les propriétés fonctionnelles tout en préservant le cadre cristallographique sous-jacent [1]. En modifiant sélectivement la stœchiométrie en oxygène, ces réactions peuvent induire des changements majeurs de la structure cristalline ainsi que des états fondamentaux électroniques et magnétiques, tout en conservant l’orientation cristalline épitaxiale globale de la couche mince. Cela rend ces transformations de phase particulièrement attractives pour la conception de nouvelles phases de matériaux inaccessibles par les méthodes de synthèse classiques, ainsi que pour le contrôle des propriétés grâce au caractère réversible de ces réactions.

Ce projet de thèse portera sur deux systèmes d’oxydes représentatifs présentant des transitions topotactiques distinctes pilotées par l’oxygène. Le premier est la famille des nickelates de terres rares (R), où la réduction de la phase pérovskite RNiO₃ vers la phase à couches infinies RNiO₂ (voir Figure 1) transforme un métal corrélé en un film supraconducteur [2,3]. Le second concerne les phases lamellaires de Carpy–Galy A₂B₂O₇ (avec A = Sr, La et B = Ti, Nb, Ta) [4], qui sont isolantes et ferroélectriques, mais peuvent être transformées en phases pérovskites ABO₃ métalliques et paraélectriques.

L’objectif du projet est de comprendre et d’ingénier ces transformations à l’échelle atomique dans des couches minces épitaxiales. Les éléments clés incluront le contrôle précis des conditions de croissance, où la teneur en oxygène, l’état de contrainte et l’épaisseur peuvent être finement ajustés. Une question centrale sera de comprendre comment la suppression de l’oxygène se propage à travers l’épaisseur du film, dans quelle mesure la réaction est complète, et quels défauts locaux, fautes d’empilement ou configurations intermédiaires accompagnent la transition. Ces transformations seront analysées en lien avec l’évolution des propriétés physiques des couches minces, avec un accent particulier sur l’émergence de domaines supraconducteurs dans les nickelates et sur le potentiel d’ingénierie du magnéto-transport dans les phases de Carpy–Galy.

Compétences requises

Formation académique : Master (ou équivalent) en physique, science des matériaux, chimie, nanosciences ou domaines connexes. Compétences techniques : Une expérience préalable en microscopie électronique en transmission, microscopie à sonde locale, méthodes spectroscopiques et/ou techniques de caractérisation structurale telles que la diffraction des rayons X (XRD) et la cartographie de l’espace réciproque (RSM) est appréciée. Une familiarité avec les oxydes complexes de métaux de transition, la caractérisation magnétoélectrique, ainsi que les méthodes de dépôt sous vide telles que l’ablation laser pulsée ou la pulvérisation cathodique constituera un atout. Compétences comportementales : Motivation et volonté de mener un travail expérimental, sens de l’organisation, persévérance et esprit d’équipe.

Bibliographie

[1] Z. Meng et al., Advanced Functional Materials, 33, 2305225 (2023).
[2] A. Gutierrez-Llorente et al., Advanced Science 11, 2309092 (2024).
[3] D. Zhang et al., Communications Materials 6, 293 (2025).
[4] E. Gradauskaite et al., Advanced Materials, 2416963 (2025).
[5] A. Raji et al., Advanced Functional Materials, 34, 2409930 (2024).

Mots clés

Oxydes complexes de métaux de transition, Ferroelectricité, STEM, EELS, supraconductvité