Thèse Matériaux Antiferroélectriques Synthétiques H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies Direction de la thèse : Thomas MAROUTIAN ORCID 000000015535391X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-05T23:59:59 Les ferroélectriques possèdent une polarisation électrique (P) qui peut être modifiée sous l'effet d'un champ électrique externe (E). Les antiferroélectriques ont une structure dipolaire antipolaire correspondant à une polarisation nette nulle et présentent une transition de phase volatile induite par un champ électrique vers une phase ferroélectrique. Comme illustré par leur double boucle d'hystérésis P-E, les antiferroélectriques suscitent actuellement beaucoup d'intérêt pour le stockage d'énergie, la réfrigération tout-solide ou les commutateurs thermiques.
Les jonctions tunnel ferroélectriques [1], dans lesquelles le matériau ferroélectrique ne fait que quelques mailles atomiques d'épaisseur, peuvent être utilisées comme memristors analogiques [2], qui imitent le comportement des synapses pour le calcul neuromorphique. Ainsi, des neurones artificiels peuvent être construits à partir de jonctions tunnel antiferroélectriques. Cependant, les antiferroélectriques tels que le PbZrO3 sont des matériaux complexes, qui passent à un état de type ferroélectrique lorsque leur épaisseur est réduite à quelques nanomètres [3]. L'épitaxie peut aider à stabiliser l'état antiferroélectrique [4], mais à ce jour, cette approche reste limitée à des films d'environ 10 nm d'épaisseur, trop épais pour l'effet tunnel électronique.
Ce projet de thèse propose d'explorer d'autres dispositifs basés sur des ferroélectriques qui présentent ce type de double hystérésis de polarisation en fonction du champ électrique, afin de les utiliser comme dispositifs à effet tunnel résistifs et éventuellement comme neurones artificiels. L'idée sera d'obtenir un état initial avec une polarisation nette nulle, qui transite de manière réversible dans un état avec une polarisation non nulle sous champ électrique appliqué. La thèse s'inscrit dans un projet de recherche entre les équipes travaillant sur les oxydes fonctionnels du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), du Laboratoire Albert Fert (LAF) et du laboratoire SPMS (CentraleSupélec). Le cadre général est le développement de dispositifs de type jonction tunnel, intégrant des matériaux au comportement antiferroélectrique, pour le calcul neuromorphique. (i) Elaborer des couches minces d'oxydes de Pb(Zr,Ti)O3, de (Ba,Sr)TiO3, et de BiFeO3 afin de mettre au point une ingénierie de contrainte et de dopage permettant la stabilisation d'un état avec une composante de polarisation nulle hors du plan du film, susceptible d'être activée par application d'un champ électrique, (ii) fabriquer avec les moyens de micro-fabrication en salle blanche des jonctions tunnels à partir des meilleurs candidats identifié en (i), et en caractériser les propriétés de transport à température ambiante en fonction du champ électrique appliqué.