Offre de thèse CRISMAT Caen

Le projet de thèse porte sur l’étude structurale de composés de formule générale MCr₂X₄ (M = Pb, Sr, Ba, Eu, Sn ; X = S, Se), cristallisant selon une architecture composite incommensurable de type canal. Bien que certains membres de cette famille, comme PbCr₂S₄, aient été synthétisés dès le XIXᵉ siècle, leur potentiel en spintronique n’a été exploré qu’à partir des années 1970. La complexité structurale de ces phases, longtemps inaccessibles aux outils classiques d’analyse, a freiné leur développement. Elles se caractérisent par une périodicité commune selon les axes a et b, mais différenciée selon c, menant à des rapports d’axes irrationnels incompatibles avec une périodicité tridimensionnelle stricte. Cette organisation, relevant d’un formalisme en superespace, est susceptible d’engendrer des propriétés physiques originales.

L’étude conjointe de SnCr₂S₄ et BaCr₂Se₄, menée par diffraction électronique en précession et diffraction des rayons X, a révélé une complexité supplémentaire liée à un désordre translationnel affectant certaines sous-structures colonnaires le long de c. La présence de diffusion diffuse comparable en intensité aux réflexions de Bragg suggère que ce désordre est intrinsèque et stabilisé, sans altérer la périodicité interne des canaux.

Ce projet doctoral s’inscrit dans le cadre plus large de l’exploration des phases aperiodiques et vise à comprendre les mécanismes fondamentaux à l’origine de l’incommensurabilité et du désordre dans ces matériaux, ainsi que leur influence potentielle sur les propriétés électroniques et magnétiques. Il mobilise des approches expérimentales avancées en diffraction, combinées à une modélisation structurale en superespace.

Cette thèse s’inscrit dans le champ de la cristallographie des phases incommensurables, dont la description nécessite un formalisme au-delà de la périodicité  tridimensionnelle classique. Elle combine synthèse des solides, croissance cristalline et détermination structurale en superespace, afin d’explorer des matériaux à organisation atomique atypique et à propriétés émergentes. L’objectif principal est d’approfondir la compréhension des interactions entre l’incommensurabilité structurale et le désordre translationnel,.

Le travail de recherche s’articulera autour de trois axes :
(i) élucider les mécanismes fondamentaux à l’origine de ces interactions ;
(ii) déterminer leur impact sur les propriétés physiques (électroniques, magnétiques ou de transport) ;
(iii) identifier les paramètres structuraux et chimiques qui gouvernent leur stabilité et leur comportement.

Ce projet de recherche s’adresse à un(e) candidat(e) issu(e) d’un Master 2 (ou équivalent) en sciences des matériaux, chimie ou physique du solide, ayant un intérêt marqué pour la cristallographie et les techniques de diffraction. Une forte motivation pour l’étude structurale des matériaux complexes est essentielle.

Des compétences en cristallographie avancée (structures modélisées en superespace, analyse de diffusion diffuse) et en programmation scientifique (Python, Fortran ou équivalent) seraient un atout, bien qu’elles ne soient pas indispensables. Une formation ou une première expérience en diffraction des rayons X ou des électrons sera particulièrement valorisée.