Bonjour James. Dans quel champ de recherche s’inscrit votre projet ?

Le contrôle du transport électronique et thermique dans un matériau spécifique, dans une ou toutes les directions, révolutionnerait les dispositifs optoélectroniques comme les cellules solaires. Mais ce contrôle reste encore très difficile à maitriser pour des échelles fonctionnelles et d’application industrielle. 

Notre recherche porte sur le transport d’énergie microscopique entre des nanocristaux fortement orientés et ordonnés dans un matériau.

Aujourd’hui, les dispositifs fabriqués à partir de matériaux de nouvelle génération tels que les nanocristaux colloïdaux de semi-conducteurs sont particulièrement attrayants : 

• ils offrent une alternative rentable aux matériaux épitaxiés,
• ils permettent une large possibilité d’arrangements,
• ils permettent une fabrication ascendante de structures hiérarchiques. 

Approfondir l’assemblage contrôlé de tels réseaux de nanocristaux pour contrôler le transport des énergies est aujourd’hui particulièrement intéressant. Mais nous voulons aussi développer des méthodes expérimentales qui explorent localement les comportements microscopiques pour découvrir et mieux comprendre la finesse des propriétés structurelles qui les gouvernent.

L’innovation peut résider aussi dans des questionnements fondamentaux

Dans les dispositifs optoélectroniques fabriqués à partir de nanocristaux mis en solution, le transport isotrope de l’énergie dans les films auto-assemblés a été bien caractérisé. Cependant, plusieurs questions fondamentales restent en suspens concernant le transport dans des structures hiérarchiques plus avancées : par exemple, comment l’assemblage orienté et la dimensionnalité du réseau de nanocristaux influencent-ils le couplage entre les nanocristaux et le transport d’énergie ?

Pour répondre à ces questions, nous voulons combiner deux méthodes innovantes et construire des réseaux de nanocristaux hautement orientés et ordonnés. Nous étudierons ensuite le transport d’énergie microscopique à l’intérieur de ces réseaux. 

Votre projet repose sur de multiples compétences...

Effectivement. Pour la synthèse de nos matériaux d’étude, Emmanuelle Lacaze, co-porteuse du projet, utilisera des défauts topologiques dans les cristaux liquides pour échafauder et diriger l’assemblage des nanocristaux.

Parallèlement, mon expertise permettra de sonder le transport local d’énergie (transport d’électrons, d’excitons et de chaleur) dans les matériaux nanocristallins en utilisant la microscopie à réflectance transitoire. 

Ces deux compétences, combinées à une expertise complémentaire en matière de nanocristaux à structure moléculaire dans la simulation numériques de transport, constitueront une approche prometteuse pour observer et comprendre le transport anisotrope au sein de ces réseaux avec un niveau de détail microscopique sans précédent.

La collaboration de 4 équipes de l’Alliance SU 

Cette collaboration concentre de nombreuses compétences très spécifiques : 

• la fonctionnalisation des nanocristaux (Lydia Sosa-Vargas, IPCM), 
• l’assemblage contrôlé de nanocristaux (Emmanuelle Lacaze, INSP), 
• la microscopie optique et en spectroscopie (James Utterback, INSP), 
• les simulations par éléments finis (James Connolly, GeePs). 

Nous réunissons ces compétences dans une dynamique et un questionnement commun : c’est ce qui fait la force et l’originalité de notre recherche.

Comment s’est passé le recrutement ?

Nous avons eu la chance d’identifier rapidement Matias Feldman comme l’étudiant idéal pour mener à bien le projet, sa candidature est sortie du lot. 

Nous avons récolté une dizaine de candidatures dont quatre ont été sélectionnées pour un entretien. Le projet s’appuyant sur une forte interdisciplinarité, il était compliqué de choisir telle ou telle compétence. 

Matias a fait preuve d’une excellente compréhension de notre projet tout en mesurant ses limites : l’atout de sa candidature réside dans une maitrise des modélisation et gestion de données expérimentales associée à une solide compétence en physique, compétence essentielle pour notre sujet car l’interprétation des données et l’extraction de paramètres utiles nécessiteront un feed-back entre les expériences et la théorie.

À votre sens, que vous apporte l’institut ?

iMAT propose un espace unique de développement de projets collaboratifs agrégant plusieurs équipes au sein de l’Alliance Sorbonne Université. Notre démarche cadre complètement avec les ambitions de l’institut et offre une expérience rare pour un doctorant : la préparation des nanocristaux, leur auto-assemblage en structures complexes, des expériences avancées de microscopie résolue en temps et des modélisations ou simulations mathématiques… Aucun candidat ne peut avoir d’expérience dans tous ces domaines mais tour candidat se formera sur l’expertise pointue de quatre porteurs de projet au fur et à mesure.