Thèse Transport Thermique dans les Matériaux Magnétiques Quantiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : École supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris - PSL (ESPCI Paris - PSL) École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique et d'Etude des matériaux Direction de la thèse : Benoît FAUQUÉ ORCID 0000000238558371 Début de la thèse : 2027-01-04 Date limite de candidature : 2026-11-21T23:59:59 Le projet de thèse vise à moduler la conductivité thermique des phonons via le couplage magnéto-élastique entre phonons et excitations de champ cristallin d'ions magnétiques. Ce poste s'inscrit dans le cadre du projet ANR MELODY, qui a pour objectif d'identifier de nouveaux mécanismes de diffusion des phonons dans les matériaux magnétiques afin d'optimiser leur conductivité thermique.

Dans le cadre de cette thèse, l'étudiant(e) sera en charge des mesures de conductivité thermique et de chaleur spécifique en fonction de la température et du champ magnétique sur des monocristaux et polycristaux (pyrochlores, grenats, pérovskites à haute entropie). Cela inclut le développement d'équipements expérimentaux (porte-échantillons pour mesures de transport à basse température, mesures électriques, thermiques et thermoélectriques sous champ magnétique). Il/elle analysera les libres parcours moyens des quasiparticules à l'aide du modèle de Callaway et identifiera les mécanismes de couplage spin-phonon. Ce travail s'effectuera en étroite collaboration avec des expériences de diffusion inélastique de neutrons et des calculs ab initio. Comprendre les paramètres qui déterminent l'amplitude de la conductivité thermique dans les solides présente un intérêt à la fois fondamental et technologique. La conductivité thermique est une sonde sensible à toutes les quasiparticules porteuses d'énergie, qu'elles soient chargées ou neutres. Parmi celles-ci figurent au premier rang les phonons, les vibrations collectives des atomes dans les cristaux. Les mesures de conductivité thermique ont toutefois également mis en évidence des porteurs plus exotiques : des quasiparticules émergentes telles que les états non abéliens qui se manifestent dans l'effet Hall quantique fractionnaire, ou les spinons dans la chaîne de Heisenberg antiferromagnétique. Sur le plan des applications, les propriétés thermiques des solides sont au coeur d'enjeux sociétaux et environnementaux majeurs. Le besoin, par exemple, de dispositifs thermoélectriques et de barrières thermiques très efficaces pour économiser l'énergie a ainsi stimulé la recherche de matériaux à faible conductivité thermique. Au fil du temps, diverses stratégies ont donc été proposées pour réduire les vitesses des phonons et/ou leurs libres parcours moyens : utilisation de liaisons interatomiques faibles, forte anharmonicité, conceptions à l'échelle nanométrique, ou mailles unité complexes ou désordonnées. Ce projet de thèse a pour but de développer une approche originale pour l'ingénierie de matériaux à faible conductivité thermique. Il propose de réduire le libre parcours moyen des phonons grâce au couplage magnéto-élastique d'isolants magnétiques et de comprendre microscopiquement les mécanismes de diffusion entre phonons et excitations magnétiques. L'objectif du doctorat est d'identifier de nouveaux mécanismes de diffusion des phonons dans les matériaux magnétiques afin d'optimiser leur conductivité thermique. Transport thermique à basse température et sous champ magnétique
Modélisation du transport thermique à l'aide du modèle de Callaway

Profil recherché : étudiant(e) titulaire d'un master en physique de la matière condensée ou en science des matériaux, avec un fort intérêt pour le développement expérimentale, le magnétisme et les propriétés de transport.

• Chimie