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Layered perovskites meet organic chromophores: electronic processes at the inorganic/organic interface

Supervisors: Dr. Mikaël KEPENEKIAN and Dr. Claudio QUARTI

E-mail: mikael [dot] kepenekianatuniv-rennes1 [dot] fr and claudio [dot] quartiatumons [dot] ac [dot] be

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Proposal_KEPENEKIAN - (840.71 KB)

With almost 20% of world’s energy consumption related to illumination,
improvement in the performances related to both light-emitting materials and
devices are pivotal, in order to reduce carbon foot-print associated to human
activities. While three-dimensional (3D) halide perovskites continue to break
records in the solar-to-electricity conversion, layered halide perovskites
(LHPs) are emerging as potential candidates for effective light-emission
applications. The crystalline structure of these systems consists in atomically
thin semiconducting layers of corner-shared MX6 octahedra, where M is a divalent
metal (e.g. Pb2+) and X a halide anion (e.g. I), spaced by bulky organic
insulating cations. They are essentially solution-processed
multi-quantum wells characterized by quantum and dielectric confinement leading
to attractive light absorption and emission properties such as efficient and
narrow excitonic emission including at room temperature. In addition to
exhibiting greater environmental stability than 3D halide perovskites, LHPs also
represent a greater playground for chemists to investigate: the short list of
organic cations leading to the formation of 3D halide perovskites is replaced by
the wealth of organic cations that chemists have synthesized in the past and
will design in the future. Then, additional functionalities can be envisaged,
for instance by substituting the electronic inert organic cations with
optically active chromophores. The flexibility offered by LHPs enables
chemical engineering of materials with targeted properties, given that key
physical processes have been identified and rationalized. The here-proposed
Master internship will help provide a systematic frame to describe the
electronic processes and optical properties of LHPs based on first-principle
calculations.

Calculs ab-initio de propriétés mécaniques de nouveaux composés sulfures de terres rares à fort potentiel optique et mécanique

Supervisors: Dr. Bruno FONTAINE, Jean-François HALET, Régis GAUTIER, Odile MERDRIGNAC-CONANEC

E-mail: bruno [dot] fontaineatensc-rennes [dot] fr, haletatuniv-rennes1 [dot] fr, rgautieratensc-rennes [dot] fr and odile [dot] merdrignac-conanecatuniv-rennes1 [dot] fr

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Proposal_FONTAINE - (83.4 KB)

Le projet de stage se situe dans le domaine de la chimie théorique appliquée à
la chimie du solide. Il vise à utiliser les possibilités offertes par la
simulation numérique au moyen de méthodes de chimie quantique pour prédire les
performances mécaniques de nouveaux matériaux céramiques présentant des
propriétés optiques et mécaniques leur permettant d’être développés pour des
environnements sévères. Seront plus particulièrement étudiés, des sulfures
de terres rares qui adoptent un arrangement structural cubique (isotropie
optique) du type Th3P4. Il s’agira plus précisément d’élaborer, à l’aide des
codes de calcul de chimie quantique VASP et Wien2k, un protocole
permettant de déterminer certaines propriétés mécaniques (module de Young,
constantes élastiques, ...).

Structure et processus de céramisation de verres de chalcogénures par dynamique moléculaire

Supervisors: Dr. Eric FURET

E-mail: eric [dot] furetatensc-rennes [dot] fr

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Proposal_FURET - (1 MB)

Les verres sont des matériaux connus de longue date qui continuent de susciter
des innovations constantes à l’heure actuelle. On les retrouve aussi bien dans
le secteur de la construction, dans l’automobile, dans les télécommunications
avec les fibres optiques ou encore, en tant que matrice pour le stockage de
déchets ultimes. Il s’agit alors le plus souvent de verres d’oxydes, dérivés
plus ou moins complexes de verres de silice. Plus récemment, de nouvelles
familles de verres dits spéciaux ont été développées au sein de l’équipe Verres
et Céramiques de l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes. Elles reposent sur
la combinaison de soufre/sélénium/tellure et d’éléments adjacents du tableau
périodique pour donner des matériaux dotés de propriétés photo-induites
originales (transition réversible amorphe-cristal sous irradiation laser,
photofluidité, photodilatation ...). Ces propriétés leur autorisent de nouveaux
champs d’application comme le codage optique d'information (DVD), la réalisation
de mémoires non-volatiles, comme c'est le cas dans le système Ge-Sb-Te 
, ou le stockage de l’énergie en tant qu’électrolytes de batteries. En
dépit de leurs multiples qualités, la caractérisation structurale des verres
constitue cependant toujours un challenge de nos jours car, les méthodes de
diffraction ne sont pas aussi pertinentes qu’avec les cristaux. Il est alors
difficile d’interpréter précisément l’origine des propriétés observées, puis de
les optimiser de façon rationnelle. L’objectif du stage est de combler cette
lacune et d’étudier, au moyen de simulations par dynamique moléculaire, les
processus de vitrification/céramisation de verres de chalcogénures. Nous
intéresserons plus particulièrement à une nouvelle famille de verres dans le
système Ga-Sb-Se.

Etude théorique de nanoclusters de cuivre et d’argent hétéroleptique

Supervisors: Dr. Samia KAHLAL and Dr. Jean-Yves SAILLARD

E-mail: samia [dot] kahlalatuniv-rennes1 [dot] fr and saillardatuniv-rennes [dot] fr

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Proposal_KAHLAL - (255.16 KB)

Depuis une bonne dizaine d’années les nanoclusters des métaux du groupe 11 (d10
s1) font l’objet d’un très grand intérêt (et qui va toujours croissant) de la
part de la communauté des chimistes inorganiciens. Cela est dû à leur nature
originale et à leurs propriétés spécifiques qui les placent entre les espèces
moléculaires simples et les solides divisés. Ils sont généralement constitués
d’un cœur [Mn]x+ (x < n) protégé par des ligands inorganiques (thiolates,
halogénures, hydrures,alkynyle, phosphines...). La liaison à l’intérieur du cœur
métallique est assurée par les n-x électrons provenant des orbitales de valence
s. Leur nombre obéit à des règles de décompte électronique provenant du modèle
du superatome. En effet, la structure électronique d’un nanocluster de forme
sphérique est dans une certaine mesure comparable à celle d’un atome. Il est
aussi possible d’assembler des superatomes pour faire des supermolécules
comparables à de simples molécules. Le sujet de ce stage porte sur l’étude
théorique (calculs en méthode DFT) de nouveaux superatomes et supermolécules de
cuivre et d’argent protégés par des ligands de nature différente (clusters
hétéroleptiques), notamment, dicalcogénolates, alkynyles, hydrures et
phosphines. Ce travail se situe dans le cadre d’une collaboration étroite avec
une équipe de chimistes expérimentaux (Prof. Chen-Wei Liu, NDHU, Taiwan). Il
s’agit, en combinant des ligands de charge différente, de stabiliser des cœurs
[Mn]x+ différents, et donc des nucléarités différents avec des architectures
inconnues à ce jour. Le stagiaire aura pour but de rationaliser ces structures
nouvelles et certaines propriétés associées. Le sujet bibliographique portera
sur la théorie sous-tendant les concepts de superatomes et supermolécules et sur
le rôle joué par les ligands dans leur stabilisation.

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