Etude théorique des propriétés physiques et optiques de certaines surfaces d'oxyde de titane po[...]

Description du sujet de thèse

Domaine

Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences

Sujets de thèse

Etude théorique des propriétés physiques et optiques de certaines surfaces d'oxyde de titane pour des applications de détection de gaz à effets de serre.

Contrat

Thèse

Description de l'offre

La communauté internationale est engagée dans l'élaboration de la politique de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES), en particulier de dioxyde de carbone (CO2), afin de réduire les risques associés au réchauffement climatique. Par conséquent, il est très important de trouver des processus à faible coût pour dissocier puis capturer le dioxyde de carbone (CO2), ainsi que de développer des capteurs à faible puissance et haute performance adaptés à la surveillance des réductions de GES. Une méthode courante et existante pour détecter la concentration de gaz est obtenue en utilisant des surfaces d'oxydes métalliques semi-conducteurs (MOS) comme SnO2, ZnO et TiO2. En outre, une voie pour réaliser la dissociation de CO2 est la décomposition catalytique assistée par plasma. Cependant, les défauts de surface, et en particulier les lacunes en oxygène et les charges qui y sont piégées, jouent un rôle important dans la (photo)réactivité du MOS. La façon dont les propriétés optiques des surfaces sont modifiées par de tels défauts n'est pas complètement comprise, ni l'effet supplémentaire de la présence du gaz. Dans certains modèles, l'importance du transfert de charge est également soulignée.

Dans ce travail de doctorat, des méthodes théoriques seront utilisées pour modéliser la surface avec des défauts et prédire les propriétés optiques. L'objectif est triple :
1. Appliquer les cadres théoriques développés à LSI pour l'étude des défauts afin de prédire les états de charge de défaut en vrac;
2. Étudier l'effet de la surface sur la stabilité du défaut;
3. Étudier les propriétés optiques de masse et de surface, et découvrir les empreintes spectroscopiques de l'absorption moléculaire et de la dissociation près de la surface.
Les matériaux et les gaz considérés sont des oxydes comme l'oxyde de titane, qui finissent par se déposer sur une couche d'or et du dioxyde de carbone. La méthode théorique sera la méthode de la théorie des perturbations fonctionnelles de la densité dépendante du temps (TDDFPT) développée à LSI en collaboration avec SISSA, Trieste (Italie).

Ref.: I. Timrov, N. Vast, R. Gebauer, S. Baroni, Computer Physics Communications 196, 460 (2015).

Université / école doctorale

Ecole Polytechnique

Localisation du sujet de thèse

Site

Saclay

Critères candidat

Formation recommandée

Solid background in solid state physics and quantum mechanics, high motivation for modelling, computing and programming.

Demandeur

Disponibilité du poste

01/10/2025

Personne à contacter par le candidat

VAST Nathalie nathalie.vast@polytechnique.edu
CEA
DRF/IRAMIS/LSI/LSI
IRAMIS/LSI
Ecole Polytechnique
91120 Palaiseau
01 69 33 45 51

Tuteur / Responsable de thèse

VAST Nathalie nathalie.vast@polytechnique.edu
CEA
DRF/IRAMIS/LSI/LSI
IRAMIS/LSI
Ecole Polytechnique
91120 Palaiseau
01 69 33 45 51

En savoir plus

https://www.polytechnique.edu/annuaire/vast-nathalie
https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/research/theorie-de-la-science-des-materiaux
https://portail.polytechnique.edu/lsi/en/research/materials-science-theory #J-18808-Ljbffr