Les matériaux magnétiques jouent un rôle majeur dans la transition énergétique actuelle. Toutefois, le développement d'aimants permanents durables et performants, sans éléments critiques tels que les terres rares (ER), reste un défi [1]. Une alternative prometteuse aux aimants à base de Nd consiste en un matériau nanostructuré composé de nanorods de Fe16N2 présentant des dimensions contrôlées (diamètre < 20 nm ; longueur > 100 nm). Cela pose deux défis scientifiques : premièrement, la phase Fe16N2 est métastable et donc difficile à stabiliser ; deuxièmement, la synthèse chimique d'objets anisotropes à base de Fe n'a encore jamais été rapportée.

Dans le cadre d'un vaste projet réunissant 5 laboratoires aux expertises complémentaires, une nouvelle approche consistant en la fixation orientée de nanoparticules (NPs) de Fe préformées et leur nitruration contrôlée est proposée en utilisant un champ magnétique alternatif à haute fréquence comme force motrice (Figure 1). Nous tirerons parti i) de l'alignement en chaîne des NPs sous champ magnétique et ii) du chauffage induit pour favoriser leur coalescence [2]

Le LPCNO possède une forte expertise dans la synthèse de NPs métalliques à base de Fe en utilisant une approche organométallique [3,4] et travaille depuis près de 10 ans sur le développement d'aimants sans terres rares en utilisant une approche d'assemblage dirigé de NPs [5]. L'objectif de ce travail de thèse sera de caractériser le pouvoir calorifique des NPs en fonction de leur forme et de leur état chimique, de concevoir et fabriquer un réacteur permettant une caractérisation in-situ en utilisant la diffusion des rayons X (SAXS et WAXS) et l'absorption des rayons X (XAS), d'analyser le grand ensemble de données obtenues avec des outils d'apprentissage automatique qui sont actuellement en cours de développement au LPCNO. La compréhension du mécanisme permettra d'optimiser les conditions de réaction afin d'obtenir des nanorods de Fe16N2.



Pour cette thèse pluridisciplinaire, nous recherchons un candidat ayant une formation en physique/ingénierie et une expérience des techniques de caractérisation (XRD, TEM, SAXS). La programmation et/ou la synthèse chimique seront un plus. La personne devra faire preuve de curiosité et de rigueur scientifique ainsi que de bonnes capacités de communication et de rédaction.
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Magnetic materials play a major role in the current energy transition. However, the development of sustainable yet performant permanent magnets, without critical elements such as rare-earths (RE), remains a challenge [1]. A promising alternative to Nd-based magnets consists of a nanostructured material made of Fe16N2 nanorods exhibiting controlled dimensions (diameter < 20 nm; length > 100 nm). This gathers two scientific challenges : first, the Fe16N2 phase is metastable and thus hard to stabilize; second, the chemical synthesis of anisotropic Fe-based objects has never been reported yet.

In the framework of a large project gathering 5 laboratories with complementary expertise, a new approach consisting in the oriented attachment of preformed Fe nanoparticles (NPs) and their controlled nitridation is proposed using a high-frequency alternating magnetic field as driving force (Figure 1). We will take advantage of i) the chain alignment of the NPs under magnetic field and ii) the induced heating to promote their coalescence [2]

The LPCNO has a strong expertise in the synthesis of metallic Fe-based NPs using an organometallic approach [3,4] and has been working for almost 10 years on the development of rare-earth-free magnets using a directed assembly approach of NPs [5]. The aim of this PhD work will be to characterize the heat power of NPs as a function of their shape and chemical state, design and fabricate a reactor to allow for an in-situ characterization using X-Ray scattering (SAXS and WAXS) and X-Ray absorption (XAS), analyze the large data set obtained with machine learning tools which are currently being developped at LPCNO. Understanding the mechanism will allow optimizing the reaction condition to eventually yield Fe16N2 nanorods.



For such a pluridisciplinary thesis, we are looking for a candidate with a physics/engineering background and experience on characterization techniques (XRD, TEM, SAXS). Programming and/or chemical synthesis will be a plus. The person is expected to demonstrate curiosity and scientific rigor as well as good communication and writing skills.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Funding category: Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche