Thèse Nouveaux Phénomènes dans les Colloïdes Actifs en 3 Dimensions H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL) École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : GULLIVER Direction de la thèse : Christopher Patrick ROYALL ORCID 0000000172478685 Début de la thèse : 2025-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 La matière active est l'un des domaines les plus passionnants de la physique de la matière condensée. Cet engouement provient en grande partie de la découverte de nouveaux phénomènes et de leur lien avec les systèmes biologiques. Si la modélisation de systèmes biologiques - comme les poissons - permet d'explorer de nouveaux domaines de la physique, la compréhension quantitative à partir des principes fondamentaux reste un défi de taille. Imaginons un système physique dont le comportement est similaire à celui des systèmes biologiques, mais dont les propriétés peuvent être prédites de manière précise : tel est le cas des colloïdes actifs. Ces particules micrométriques présentent une combinaison unique d'agitation thermique (elles obéissent donc à la mécanique statistique) et d'activité (elles manifestent donc de nouveaux phénomènes).Nous avons découvert une variété de phénomènes nouveaux et inattendus dans les colloïdes actifs, allant du couplage hydrodynamique semblable aux états excités des molécules à une polymérisation active inédite. Nous avons récemment développé le premier système colloïdal actif tridimensionnel (voir figure) que nous pouvons étudier à la fois expérimentalement et par simulation numérique. Ce projet vise à explorer ce système, depuis le rôle de l'activité dans la nucléation cristalline et l'auto-assemblage jusqu'à l'étude de nouveaux phénomènes tels que les ondes de type phonon (qui n'existent généralement pas dans les systèmes colloïdaux).

Active matter has come to describe a range of biological and synthetic systems, which share the local transduction and dissipation of environmental free energy, typically converted into directed motion. However, almost all current colloidal systems are effectively two-dimensional. Realising the potential of active materials calls for three-dimensional realizations, which opens new possibilities for competing structures that have been addressed only superficially so far. This project addresses this lack of well-controlled active matter in 3d.

The project may be either computational or experimental or a mixture of both

Computer Simulation
-- To build an accurate model of the 3d active colloidal system
-- To develop an understanding of nucleation pathways in 3d active colloids
-- To explore polymorph selection between tetragonal and close-packed crystal structures

Experiment
-- To synthesise and image the 3d active colloidal system
-- To follow the self-assembly pathway
-- To explore polymorph selection between tetragonal and close-packed crystal structures
Particle-resolved studies using confocal microscopy
and/or
Computer simulation using LAMMPS.
Both to be analysed using machine-learning methods and the Topological Cluster Classification

Maîtrise en physique statistique ou en physique de la matière molle ou domaine connexe.