Nanobatonnets de Fer pour la fabrication d'aimants sans terre rare // Fe-based nanorods for the fabrication of « green » magnets

Les matériaux magnétiques jouent un rôle majeur dans les transitions énergétiques et sociétales actuelles. Cependant, le développement de matériaux durables mais performants, sans éléments critiques tels que les terres rares (ER), reste un défi. Cette thèse s'inscrit dans un vaste projet impliquant 5 laboratoires aux expertises complémentaires en chimie, physique, génie chimique, intelligence artificielle et science des données, pour développer des nanorods (NRs) à base de fer aux propriétés magnétiques optimisées. Le véritable défi scientifique consiste à briser la symétrie de la structure cristalline du fer tout en conservant un rapport d'aspect optimisé. Un tel contrôle permettra d'obtenir des propriétés magnétiques dans les assemblages.

Le LPCNO possède une grande expertise dans le développement d'aimants sans terres rares en utilisant une approche d'assemblage dirigé de blocs de construction élémentaires (Fig 1a). Jusqu'à présent, ces travaux ont été réalisés sur des nanorods (NR) de Co, synthétisés par croissance ensemencée (Fig 1b), et ont conduit à des aimants intégrés de haute performance [3,4]. Le CEA-LIONS est connu, entre autres, pour avoir réussi à briser la symétrie de l'Au, ce qui a conduit à la synthèse et à la caractérisation de nanorods d'Au par la méthode de croissance en graine [5,6]. A la croisée de ces deux laboratoires, l'objectif de cette thèse sera de transposer la méthode de croissance par ensemencement sur des NRs de Fe. Une exploration de la gamme des paramètres (nature des germes, conditions de croissance, concentration en ligands) sera entreprise en utilisant la synthèse conventionnelle et des puces microfluidiques. Les particules aux différents stades de la réaction seront caractérisées par diffusion des rayons X (SAXS, WAXS), microscopie électronique (TEM et SEM), diffraction (XRD) et magnétométrie (VSM). Enfin, des expériences SAXS et WAXS in situ seront réalisées en combinant la puce microfluidique, le rayonnement synchrotron et les modèles d'IA pour déterminer les paramètres de synthèse optimisés.

Le travail se déroulera principalement au LPCNO, à Toulouse, avec de courts séjours au CEA-Lions à Saclay, afin de réaliser des expériences SAXS/WAXS. Le candidat travaillera en étroite collaboration avec les deux autres doctorants impliqués dans le projet et travaillant sur les modèles d'IA et sur la fabrication de la puce microfluidique.

Profil recherché : Diplôme en chimie, physique, nanotechnologie ou science des matériaux. Curiosité et rigueur scientifique. Bonnes capacités de communication et de rédaction.
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Magnetic materials play a major role in the current energy and societal transitions. However, the development of sustainable yet performant materials, without critical elements such as rare-earths (RE), remains a challenge [1,2]. This thesis is part of a large project involving 5 laboratories with complementary expertise in chemistry, physics, chemical engineering, artificial intelligence and data science, to develop iron-based nanorods (NRs) with optimized magnetic properties. The real scientific challenge consists in breaking the symmetry of the Fe crystalline structure while keeping an optimized aspect ratio. Such control will allow achieving magnet-like properties in assemblies.

The LPCNO has a strong expertise on the development of rare-earth-free magnets using a directed assembly approach of elementary building blocks (Fig 1a). To date, this work has been carried out on Co nanorods (NRs), synthesized by seeded growth (Fig 1b), and has led to high-performance integrated magnets [3,4]. The CEA-LIONS is known, among others, for succeeding in breaking the symmetry of Au, leading to the synthesis and characterization of Au nanorods using the seeded growth method [5,6]. At the crossroad between these two laboratories, the aim of this PhD will be to transpose the seeded growth method on Fe NRs. An exploration of the range of parameters (nature of seeds, growth conditions, ligand concentration) will be undertaken using conventional synthesis and microfluidic chips. The particles at the different stage of the reaction will be characterized by X-ray scattering (SAXS, WAXS), electron microscopy (TEM and SEM), diffraction (XRD) and magnetometry (VSM). Eventually, in-situ SAXS and WAXS experiments will be performed combining the microfluidic chip, synchrotron radiation and AI models to determine the optimized synthesis parameters.

The work will be mainly conducting at LPCNO, Toulouse with short stay visit at CEA-Lions, Saclay in order to perform SAXS/WAXS experiments. The candidate will work in close collaboration with the two other PhD students involved in the project and working on the AI models and on the fabrication of the microfluidic chip.

Profile required: Degree in Chemistry, Physics, Nanotechnology or Materials Science. Curiosity and scientific rigor. Good communication and writing skills.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université de Toulouse

482 SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse

Diplôme en chimie, physique, nanotechnologie ou science des matériaux. Curiosité et rigueur scientifique. Bonnes capacités de communication et de rédaction.
Degree in Chemistry, Physics, Nanotechnology or Materials Science. Curiosity and scientific rigor. Good communication and writing skills.