Post doctorant - sciences des matériaux h/f

Ce travail de recherche en sciences des matériaux est directement motivé par les besoins de cryogénie spatiale (refroidissement de bolomètres en dessous de 0.1K pour des satellites d’observation astrophysique, expertise du DSBT), qui s’appuie sur la réfrigération par désaimantation adiabatique (ADR), Au coeur de ces systèmes se trouvent des matériaux ayant un fort pourvoir magnétocaloriques. On les trouve dans des composés ayant une forte entropie magnétique jusqu’à très basse température, rapidement supprimée par de faibles champs magnétiques.
Ainsi, un premier composé particulièrement prometteur pour ce projet est GdLiF4. C’est un système où les interactions magnétiques entre ions de gadolinium sont purement dipolaires, ce qui lui confère des températures d’ordre très basses, et un grand pouvoir magnétocalorique notamment entre 1 et 4 K. Pour l’insérer dans un étage ADR, il faut des masses de plusieurs grammes de ce système. Une première partie de l’étude vise donc à optimiser et fiabiliser les conditions de frittage de GdLiF4. Ce process a déjà été étudié au laboratoire mais nécessite des ajustements pour l’adapter aux composés fluorés. Il pourra ensuite être appliqué à d’autres terres rares de même composition : RELiF4 (RE pour rare earth). L’objectif final est d’obtenir des céramiques de densité maximale (>95%) afin de gagner en résistance mécanique mais aussi en efficacité frigorifique rapportée au volume, et en conductivité thermique, points cruciaux pour les applications spatiales. Le procédé de synthèse met en oeuvre de nombreuses techniques (broyage, tamisage, traitements thermiques hautes températures, pressage isostatique à froid,
pycnométrie, microscopie électronique…). Comme les fluorures ont une forte réactivité
chimique, un effort particulier sera réalisé pour maintenir leur pureté chimique au cours des synthèses.
En parallèle, une étude plus exploratoire est prévue sur l’élaboration de nouveaux
matériaux magnétocaloriques, principalement des oxydes, permettant d’élargir les possibilités de refroidissement par désaimantation adiabatique à de plus basses températures, ou de gagner encore en efficacité ou autonomie de réfrigération. Cette recherche plus fondamentale sera axée sur l’obtention de nouveaux composés sous forme de poudre, céramiques ou monocristaux selon les difficultés des systèmes étudiés. En lien direct avec les physiciens des matériaux quantiques de PHELIQS, les propriétés physiques de ces composés seraient ensuite étudiées :
susceptibilité magnétique et conductivité thermique à basse voire très basse température,
structures et transitions magnétiques par diffraction neutronique le cas échéant (selon l’état de
l’art des études publiées sur le sujet). Ces recherches devraient d’aboutir à des publications.