L'auto-assemblage de nanoparticules représente une voie polyvalente et évolutive vers la création de nouveaux matériaux fonctionnels aux structures bien définies à l'échelle nanométrique. Selon leur forme, leur chimie de surface et leurs interactions, les nanoparticules peuvent former diverses nanostructures, dont de nombreux nanomatériaux présentant un polymorphisme, c'est-à-dire leur capacité à cristalliser en différentes structures dans des conditions variables. La structure interne des supracristaux obtenus joue un rôle clé dans la détermination de leurs propriétés macroscopiques, et donc de leur aptitude à des applications technologiques telles que les catalyseurs, les capteurs ou les matériaux photoniques. Par conséquent, le contrôle précis du polymorphisme constitue un enjeu majeur dans la création de nanomatériaux fonctionnels.
Dans ce projet de recherche, nous explorerons l'auto-assemblage de mélanges binaires de nanobâtonnets en superstructures. Grâce à leur allongement, ces nanobâtonnets devraient s'auto-assembler en phases constituées de couches ordonnées, la symétrie interne de chaque couche étant déterminée par les sections transversales du mélange de nanobâtonnets choisi. L'objectif général est de concevoir des systèmes s'auto-assemblant spontanément en assemblages présentant une symétrie cible (cristalline ou quasi-cristalline) au sein de chaque couche.
Ce projet s'appuiera sur des simulations informatiques, incluant des méthodes de Monte-Carlo et de dynamique moléculaire, combinées à l'utilisation de la mécanique statistique pour prédire, par exemple, les transitions de phase, les taux de nucléation, etc. Les travaux seront menés en étroite collaboration avec deux groupes expérimentaux du Laboratoire de Physique des Solides (LPS) à Orsay et du laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques (MPQ) à Paris. Les équipes expérimentales synthétiseront et étudieront l'auto-assemblage de mélanges de nanobâtonnets, et une partie du projet s'attachera à harmoniser au mieux les simulations avec les expériences, par exemple en estimant les interactions des nanobâtonnets à partir de données expérimentales.
Le/La candidat(e) idéal(e) possède une expérience significative en simulations informatiques et en programmation, ainsi qu'une solide formation en mécanique statistique.
Contexte de travail
Le Laboratoire de Physique des Solides est une unité mixte de recherche (UMR 8502) de l'Université Paris-Saclay et du CNRS. Il est affilié à l'Institut de Physique du CNRS et à la 28e section du Conseil National des Universités. Le LPS est membre de la Fédération Friedel-Jacquinot, structure de coordination de la physique sur le plateau du Moulon à Orsay (IdF).
Il regroupe une centaine de chercheurs et enseignants-chercheurs, expérimentateurs et théoriciens, et l'activité de recherche est soutenue par une soixantaine d'ingénieurs, techniciens et administratifs.
Le laboratoire accueille chaque année un grand nombre d'étudiants de premier et deuxième cycle dont de nombreux doctorants, ainsi que des chercheurs en postdoctorat et des scientifiques invités. Le laboratoire couvre une plus grande variété de sujets que son nom ne le suggère, et vise à aborder toute la diversité de la physique de la matière condensée. L'activité de recherche s'organise autour de trois grands axes, qui impliquent chacun à peu près le même nombre de scientifiques :
• Nouveaux états électroniques de la matière
• Phénomènes physiques aux dimensions réduites
• Matière molle et interface physique-biologie
Dans le premier axe sont regroupées des études tant expérimentales que théoriques ayant trait aux propriétés des systèmes dans lesquels les corrélations électroniques sont généralement fortes et qui sont sièges de propriétés remarquables et d'états électroniques non conventionnels tels que la supraconductivité, le magnétisme, les transitions métal-isolant etc.
Dans le deuxième se retrouvent les activités relevant des « nanosciences » au sens large. Elles sont ici abordées du point de vue des propriétés fondamentales, lorsque les dimensions d'un objet deviennent aussi petites que certaines distances caractéristiques (longueur de cohérence, libre parcours moyen, …).
Le troisième axe, étend le concept de « matière molle » à des systèmes biologiques. Les thèmes vont donc des systèmes complexes aux tissus vivants, des cristaux liquides aux mousses, en passant par les polymères ou les systèmes granulaires. Ces études physiques sont à l'interface avec la physico-chimie et la biologie.
Le travail de recherche s'effectuera au sein de l'équipe Théorie du Laboratoire de Physique des Solides (CNRS-UMR 8502). Ce projet de recherche bénéficie d'un financement de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR).
Contraintes et risques
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