Théorie des états topologiques dans les ferroélectriques nanostructurés

Theory of topological states in ferroelectric nanostructures

• Auteur / Autrice : Léo Boron
• Direction : Igor A. Luk'yanchuk, Anais Sene
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique Physique de la Matière Condensée-25DPH3
• Date : Inscription en doctorat le 19/09/2022; Soutenance le 14/11/2025
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences, Technologie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMC - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée

Mots clés

Mots clés libres

Ferroélectricité

Topologie

Nanofils

Film

Diagramme de phase

Domaines soft

Ferroelectricity

Topology

Nanowire

Film

Phase diagram

Soft domain

Résumé

Les progrès récents dans le développement des matériaux à la précision atomique permettent d'étudier des phases exotiques à des échelles de longueur, d'énergie et de temps jusqu'alors inaccessibles. Une grande variété d'excitations topologiques, de parois de domaines, de vortex, de skyrmions et de hopfions, précédemment connus en physique des particules et en cosmologie, a été découverte dans les ferroélectriques à l'échelle nanométrique. Au cours de la dernière décennie, les chercheurs du LPMC-UPJV ont prédit et étudié cette nouvelle classe de formations dans les couches minces ferroélectriques et les hétérostructures. La thèse de doctorat explorera l'ordonnancement polaire actuellement inconnu dans les matériaux artificiels nanostructurés fibreux 1D, les nanotubes et les nanofils. A l'aide des méthodes avancées de physique théorique et de modélisation numérique et en collaborant avec des expérimentateurs, le doctorant modélisera les formations topologiques polaires et étudiera comment les manipuler à l'aide du champ électrique, de la température et des contraintes élastiques. Le travail établira une stratégie réaliste pour l'ingénierie des unités polaires des matériaux 1D pour des applications technologiques innovantes, telles que des éléments de traitement de l'information pour le stockage de la mémoire et pour le calcul neuromorphique. Intégré au réseau d'excellence de la recherche de l'UE à travers les projets européens du LPMC, le doctorant acquerra des compétences transversales dans la conception des circuits des ordinateurs modernes.

Recent advances in atomically precise material processing have enabled studying exotic phases at unprecedentedly small length, energy, and time scales. A large variety of the topological excitations, domain walls, vortices, skyrmions, and hopfions, previously known in particle physics and cosmology was discovered in nano-scale ferroelectrics, materials that maintain the slight spontaneous shift of positive and negative ions, called polarization. Over the past decade, the researchers from LPMC-UPJV have predicted and studied a novel class of such formations in ferroelectric thin films and heterostructures. The proposed PhD thesis will explore the yet unknown polar ordering in the artificial 1D fibered nanostructured materials, nanotubes, and nanowires. Using the advanced methods of theoretical physics, and numerical modeling and in collaboration with experimentalists, the student will model the polar topological formations and study how to manipulate them by the electric field, temperature, and elastic strains. The work will establish a realistic strategy for the engineering of polar units in 1D materials for emergent technological applications, such as information-processing elements for memory storage and neuromorphic computing. The PhD student will acquire professional knowledge in the modelling of the system with complex order parameter. Being integrated into the EU research network of excellence through the European projects of the LPMC she/he will acquire the interdisciplinary skills on the application of this knowledge in the design of the computing circuits and obtain the experience in collaboration with the top-quality experimental teams.