Offre de thèse : Skyrmions Phononiques pour la Structuration des Ondes

Projet de doctorat

Skyrmion, un champ vectoriel à trois composantes topologiquement stable, a été initialement développé dans des particules élémentaires et a depuis été démontré dans les systèmes de matière condensée [1] et les matériaux hélimagnétiques [2]. Caractérisés par un nombre topologique non trivial dans l’espace réel, les skyrmions étaient considérés comme une voie prometteuse vers des matériaux magnétiques à haute densité pour le stockage et le transfert d’informations [2], en raison de leur immunité aux défauts et de leur faible énergie entraînée. De tels skyrmions topologiques ont été récemment étendus à la photonique basée sur des champs électromagnétiques dynamiques avec des ondes évanescentes axiales [3] et un couplage spin-orbite dans les champs évanescents. En 2023, notre groupe de l’Institut Jean Lamour (Université de Lorraine et CNRS), qui propose le projet de thèse, a démontré, pour la première fois, théoriquement et expérimentalement, l’existence de skyrmions phononiques [4]. Cette avancée scientifique remarquable est extrêmement prometteuse sur les aspects fondamentaux et techniques. En effet, les skyrmions phononiques pourraient conduire à des applications phononiques transformatrices, en particulier dans une configuration généralement concise qui peut être adaptée en conséquence pour les futures technologies intégrées sur puce, acoustofluidique et de laboratoire sur puce.

L’objectif principal de ce projet de thèse est de structurer les ondes acoustiques et élastiques d’une manière inédite. Pour ce faire, nous utiliserons le spin des ondes élastiques et acoustiques et la génération de skyrmions associés comme degré de liberté supplémentaire. La méthodologie consistera à explorer, concevoir, simuler et réaliser une nouvelle classe de métamatériaux multiphysiques capables de manipuler et de structurer à l’extrême des ondes acoustiques et élastiques en utilisant leur moment cinétique de spin.

Plus en détail, nous aimerions explorer la physique sous-jacente de ces structures topologiques, les skyrmions phononiques, et comment elles peuvent introduire une approche transformatrice pour certaines applications spécifiques. Plus spécifiquement, nous visons à :

1. Aborder les états de spin tridimensionnels pour la manipulation des phonons topologiques et l’exploration de nouveaux (hauts) ordres topologiques.

2. Réaliser de nouveaux matériaux phononiques topologiques à différentes échelles, du macro au micro.

3. Générez des skymions dynamiques contrôlables.

4. Proposer l’utilisation de skyrmions phononiques pour l’acoustofluidique pour traiter, par exemple, des applications de manipulation de particules/cellules, de pinces acoustiques avancées et de tests biomédicaux.

Contraintes et risques

Le poste pour lequel vous postulez se situe dans un secteur relatif à la protection du potentiel scientifique et technique. Il nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l’autorité compétente du ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation.

À propos de l’Institut Jean Lamour

L’Institut Jean Lamour (IJL) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Lorraine. Axé sur la science et l’ingénierie des matériaux et des procédés, il couvre : les matériaux, la métallurgie, les plasmas, les surfaces, les métamatériaux, les nanomatériaux et l’électronique. Il regroupe 183 chercheurs/enseignants, 91 ingénieurs/techniciens/personnel administratif, 150 doctorants et 25 post-doctorants. Des partenariats existent avec 150 entreprises et nos groupes de recherche collaborent avec plus de 30 pays à travers le monde. Ses plateformes instrumentales exceptionnelles sont réparties sur 4 sites ; le principal est situé sur le campus Artem à Nancy.

Exigence et profil du candidat

Nous recherchons un brillant doctorant pour un projet de thèse sur la phononique et les métamatériaux, et plus particulièrement sur les Skyrmions Phononiques. Notre groupe à l’Institut Jean Lamour (IJL), établissement appartenant à l’Université de Lorraine et au CNRS, développe depuis de nombreuses années des recherches de pointe sur les métamatériaux acoustiques et élastiques, les métasurfaces et la phononique. Si vous aimez les défis scientifiques, travailler et évoluer dans un groupe et un institut très dynamiques, avoir une solide formation en physique et ingénierie des ondes, ce poste est fait pour vous. Les candidats doivent avoir :

– Master dans l’une de ces spécialités : acoustique, physique appliquée, physique des matériaux, physique des ondes, génie mécanique…

Application

Pour postuler et obtenir plus d’informations et de détails sur ce poste, veuillez envoyer un email au Pr Badreddine Assouar ( badreddine.assouar@univ-lorraine.fr ) avec les documents suivants :

– CV, lettre de motivation, les notes du Master et une copie de votre pièce d’identité.

– Date limite de candidature : 30 avril 2024. Début de la thèse en octobre 2024.

Les références

1 . U. AlKawaja et al, Skyrmions dans un condensat ferromagnétique de Bose – Einstein. Nature 411, 918-920 (2001).

2 . N. Roming, C. Hanneken, M. Menzel, JE Bickel, B. Wolter, K. v. Bergmann, A. Kubetzka, R. Wiesendanger, écriture et suppression de skyrmions magnétiques uniques. Sciences 341, 636-639 (2013).

3 . L. Du, A. Yang, AV Zayats, X. Yuan, Caractéristiques des sub-longueurs d’onde profondes des skyrmions photoniques dans un champ électromagnétique confiné avec un moment cinétique orbital. Physique de la nature 15, 650-654 (2019).

4 . L. Cao, S. Wan, Y. Zeng, Y. Zhu et MB Assouar. Observation des Skyrmions phononiques basée sur le spin hybride des ondes élastiques. Avancées scientifiques 9, EADF3652 (2023).