Structures, propriétés et modélisation des solides

Le projet ECOSONIC vise à développer une filière souveraine de transducteurs ultrasonores à base de matériaux piézoélectriques sans plomb. Les impératifs environnementaux et la précarité de l’exemption dont bénéficie le PZT dans le cadre de la directive européenne RoHS rendent ce développement aussi impératif qu’urgent. Si cette problématique de remplacement du PZT est identifiée de longue date, la principale barrière au développement d’une telle filière réside principalement dans l’absence de synergie public-privé. Celle-ci résulte dans le développement en laboratoire de formulations toujours plus complexes de composés piézoélectriques toujours plus performants mais qui ne sont pas industrialisables. Du côté des entreprises, le principal frein est l’absence de disponibilité de matériaux ad hoc qui permettraient un simple remplacement du PZT dans les transducteurs actuels, optimisés pour le PZT. Notre consortium vise, à travers ce projet, à surmonter cette barrière en développant ensemble une solution matériau adaptée aux exigences industrielles tout en concevant des transducteurs nouveaux adaptés à ces matériaux sans plomb. L’objectif du projet ECOSONIC est donc la réalisation de prototype de transducteurs pour le contrôle non destructif et de transducteurs sous-marins à base de matériau actif sans plomb. Le matériau sans plomb sélectionné est la solution solide BaTiO3-BaSnO3 (BTSn). Ce choix est basé sur 1/ l’absence de solution commerciale alternative qui soit performante et souveraine pour des matériaux sans plomb, 2/ sur la capacité à industrialiser la production du matériau en évitant les éléments volatils comme le sodium, le potassium ou le bismuth et les formulations complexes amenant à des variabilités des performances, et 3/ sur les propriétés piézoélectriques et diélectriques de cette solution solide. Les transducteurs cibles ont des plages de température d’utilisation qui sont compatibles avec la température de Curie relativement basse (>120°C) de cette solution solide et la conception des échantillons sera adaptée à cette température de Curie. L’utilisation d’une texturation des céramiques réalisées par coulage en bande permettra par ailleurs de tirer parti de l’anisotropie des propriétés diélectriques et piézoélectriques. Ceci permettra de rapprocher les performances piézoélectriques des céramiques des monocristaux tout en conservant un coût de fabrication raisonnable. La texturation sera réalisée à l’aide de plaquettes monocristallines de BaTiO3 synthétisées par la méthode hydrothermale, elle aussi transférable à une production industrielle et respectueuse de l’environnement. Comme indiqué précédemment, en plus du matériau actif, le projet vise à redéfinir la conception des transducteurs, en prenant en compte les propriétés élastiques, de masse volumique, diélectriques, piézoélectriques et de température de Curie du matériau sans plomb sélectionné. Le projet consistera en une phase préliminaire dans laquelle les plaquettes de BaTiO3 et les poudres de BTSn seront synthétisées au laboratoire SPMS alors que les travaux de conception des transducteurs (détermination des tenseurs des propriétés, sélection des autres matériaux, méthode de conception etc.) seront initiés avec des échantillons de BaTiO3 commercial dans les deux entreprises : IMASONIC et PYTHEAS Technology. Ces travaux seront affinés avec les premiers échantillons, non orientés, de BTSn puis avec les échantillons de BTSn orientés produits par le SPMS. La maîtrise de la synthèse de ces matériaux sera transférée à PYTHEAS Technology pour un passage à une production industrielle, avant intégration des échantillons produits industriellement dans les transducteurs prototypes finaux, qui seront réalisés à IMASONIC et PYTHEAS Technology, et dont le niveau de performances sera caractérisé en comparaison avec les versions actuelles en PZT pour les applications en contrôle non destructif et sous-marines.

Après deux années de chaleur record, les villes du monde entier ont été menacées par des températures pouvant atteindre les 50 °C, mettant à l'épreuve la santé des habitants et poussant les réseaux électriques au bord de l'effondrement. La nécessité d’un tournant radical dans les stratégies de lutte contre le réchauffement climatique, notamment dans les zones urbaines s’impose donc. L'efficacité des systèmes de refroidissement est une question majeure, car selon l'Agence internationale de l'énergie, jusqu'à 20 % de l'électricité utilisée dans les bâtiments est consommée par des climatiseurs. Néanmoins, la dureté des vagues de chaleur, même dans les zones géographiques autrefois considérées comme tempérées, nous oblige à repenser les approches traditionnellement adoptées. Il faut envisager une nouvelle stratégie où des climatiseurs classiques utilisés dans de grands espaces intérieurs fonctionneront en parallèle avec des systèmes de refroidissement petits, légers et facilement déployables qui seront capables de préserver véhicules, médicaments et nourriture, ainsi que les corps humains à une température appropriée, même lorsque la température extérieure atteint des pics de l'ordre de 50°C. CooT propose une approche innovante de refroidissement où des films de polymères P(VDF-TrFE-CFE) électrocaloriques (EC) seront utilisés comme réfrigérants dans des dalles plates, légères, flexibles, évolutives et énergétiquement efficaces. Celles-ci fonctionneront sur une différence de température de l'ordre de 20-30 °C à 20 % du COP de Carnot et avec une puissance frigorifique de l'ordre de 100 mW/cm2. Une gestion innovante de la chaleur, mettant le réfrigérant EC en contact avec les réservoirs, permettra d'atteindre des rendements plus élevés et une meilleure compacité. CooT jettera les bases de nouvelles technologies de refroidissement efficaces, faciles à déployer, portables et évolutives, qui peuvent changer radicalement la manière dont nous abordons les vagues de chaleur.

L'objectif du projet CrystalEm est d'utiliser des cristaux actifs naturels pour stabiliser les interfaces huile/eau de nouvelles émulsions qui pourraient être utilisées comme formulations topiques innovantes sur la peau humaine. Des cristaux phytochimiques actifs seront utilisés comme particules solides stabilisant des émulsions, et leurs propriétés physico-chimiques seront contrôlées afin d'optimiser la stabilité des émulsions. L'avantage de ces cristaux naturels réside dans la stabilisation immédiate des émulsions sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des tensioactifs. L'influence des propriétés physico-chimiques des cristaux sera étudiée sur les caractéristiques des émulsions : mécanismes de stabilisation, type d'émulsion, aspects macroscopiques et microscopiques, comportements rhéologiques volumiques et interfaciaux, etc. Différents paramètres seront également modifiés, tels que la distribution de la taille des cristaux, leur morphologie ou leur concentration, la nature de la phase huileuse, le rapport huile/eau ou l'énergie émulsifiante. Ces émulsions de Pickering innovantes seront étudiée pour la pénétration cutanée de substances actives, en fonction des propriétés de la forme cristalline phytochimique choisie et de l'ingrédient actif utilisé dans la phase huileuse. Le projet se compose ainsi de trois parties : 1) choix et préparation de cristaux actifs naturels aux propriétés physico-chimiques contrôlées ; 2) utilisation de ces cristaux actifs pour la formulation, la stabilisation et l'optimisation d'émulsions ; 3) validation des propriétés biologiques des émulsions in vitro en utilisant des modèles de culture de peau, et établissement d'une preuve de concept d'efficacité pharmacologique dans les dermatoses inflammatoires.

Les processus topotactiques constituent une voie prometteuse pour la découverte de nouvelles phases d'oxydes présentant des réseaux ordonnés de lacunes d’oxygène. L’objectif du projet TaMe est de contrôler ces transitions dans des couches minces de nickelates de terre rare RNiO3 (R étant un terre rare) en les interfaçant avec un matériau ferroélectrique (FE). Les variations de contraintes et de transferts de charges aux interfaces induites par l’application d’un champ électrique permettront de générer la formation et la coexistence de plusieurs phases dont la différence des conductivités ou des capacitances pourra être mise à profit dans des dispositifs neuromorphiques. Pour atteindre cet objectif, nous allons d'abord prédire, à l’aide de calculs ab initio, quels sont les facteurs principaux (choix du matériau ferroélectrique et de la composition chimique de RNiO3 pour moduler la contrainte et le degrés d’oxydation des cations) permettant de synthétiser de nouvelles phases RNiO3-x métastables et présentant des états électroniques et polaires distincts. Nous élaborerons ensuite par ablation laser pulsée (PLD) et à l'aide de processus topotactiques des couches minces de RNiO3-x déposées sur un substrat FE ou recouverte d'une sur-couche FE. Finalement, nous combinerons des techniques de caractérisation avancée (microscopie électronique en transmission et techniques synchrotron) avec les calculs numériques pour mesurer et comprendre les propriétés électroniques et structurales de ces couches fines. En contrôlant la transition ou le ratio entre différentes phases coexistant dans le même échantillon, il sera possible de générer des états intermédiaires multiples, susceptibles d'être utilisés dans des dispositifs memristifs ou memcapacitifs possédant des fonctions neuronales ou synaptiques.

Les ferroélectriques sont des matériaux polaires dont la polarisation peut être commutée par un champ électrique, tandis que les antiferroélectriques abritent un ordre anti polaire qui peut être converti en une phase polaire par l'application d'une pression ou d'un champ électrique. Les oxydes antiferroélectriques sont prometteurs pour de nombreuses nouvelles applications telles que le stockage d'énergie (supercondensateurs), la réfrigération « tout solide » (refroidissement électrocalorique) ou les commutateurs thermiques. Ce projet vise plus spécifiquement l'électronique neuromorphique. Les antiferroélectriques naturels sont rares et la disponibilité de films minces de haute qualité structurelle est primordiale pour bénéficier de leurs propriétés physiques intrinsèques, en particulier à l'échelle nanométrique. Ce projet vise à élaborer des systèmes antiferroélectriques synthétiques à partir de matériaux ferroélectriques conventionnels plus largement disponibles. La stratégie consiste à frustrer l’ordre ferroélectrique pour imposer une polarisation nette nulle à la rémanence, imitant ainsi un comportement antiferroélectrique. Différentes stratégies seront explorées pour frustrer différents oxydes ferroélectriques élaborés en couche mince par le biais de conditions limites électrostatiques, de contraintes épitaxiales et de transitions paraélectriques-ferroélectriques à température ambiante. Nous exploiterons les potentialités de ces antiferroélectriques synthétiques dans le régime ultramince. Comme il a été démontré que les jonctions tunnel ferroélectriques émulaient le comportement des synapses artificielles, les jonctions tunnel antiferroélectriques devraient se comporter comme des neurones artificiels. Le projet rassemblera alors les deux ingrédients clefs d’une informatique neuromorphique intégrée à partir d’un même matériau parent, et constituant ainsi la brique technologique d’un « cerveau sur puce ».

CHECKMATE vise à fabriquer des membranes d'oxydes autoportantes (OM) et des bicouches d'oxydes torsadées ("twistées", TOB) pour explorer de nouveaux phénomènes de polarisation. En contrôlant les interactions entre matériaux ferroélectriques (FE) et antiferroélectriques (AFE), le projet cherche à stabiliser de nouvelles phases polaires à l’échelle nanométrique, ouvrant la voie à des propriétés inédites pour l’électronique et le stockage d’énergie. Il réunit trois laboratoires français—LPS (Université Paris-Saclay), SPMS (CentraleSupélec) et LAF (Université Paris-Saclay)—ainsi que deux groupes taïwanais (NTHU et NCKU). Ces équipes combinent des expertises en croissance de films minces d’oxydes, en caractérisation structurale et en modélisation théorique, permettant une exploration approfondie des oxydes twistés et de leurs applications. Les films d’oxydes présentent des propriétés variées, des transitions métal-isolant (MIT) ((La,Ca)MnO3), la ferroélectricité (PbTiO3, BaTiO3, BiFeO3), l’antiferroélectricité (PbZrO3, PbSnO3, PbHfO3) ou la multiferroïcité (BiFeO3). Les films minces épitaxiés classiques permettent l’ingénierie des interfaces mais sont limités par les contraintes du substrat. CHECKMATE contourne ces limites en fabriquant des OM autoportantes et en les empilant en TOB, offrant un contrôle précis du couplage interfacial, de la contrainte et des effets de brisure de symétrie. Les films minces seront synthétisés par dépôt PLD, suivis d’un lift-off chimique et d’un transfert pour former des structures twistées. En exploitant l’ingénierie de Moiré, le projet explorera l’effet des angles de twist et des recuits sur les propriétés émergentes. CHECKMATE se concentrera sur les bicouches de type FE-FE, FE-AFE et AFE-AFE afin d’étudier des textures et des paysages de polarisation exotiques, notamment : - La création et le contrôle de textures polaires chirales dans des bicouches FE-FE (déjà observées en 2024) ou MIT-FE. - Le contrôle de l’empreinte électrique dans les bicouches FE-AFE (analogue au biais d’échange en magnétisme). - L’exploration des bicouches AFE-AFE pour la capacitance négative. Des techniques de caractérisation avancées permettront une gestion optimisée des interfaces grâce à : - La 4D-STEM et la ptychographie électronique pour l’imagerie structurale haute résolution, - La cartographie locale de la polarisation via PFM-STEM, - L’imagerie synchrotron pour sonder l’interaction des ordres ferroïques, - Des études en température (XRD, Raman, mesures diélectriques) pour suivre les transitions de phase. Un défi majeur de CHECKMATE est la compréhension et le contrôle des interactions aux interfaces. Des simulations ab-initio et de modèles hamiltoniens permettront de prédire la stabilité des phases, le couplage inter-couches et les reconstructions induites par Moiré. Au-delà des découvertes fondamentales, CHECKMATE explorera les applications des TOB : les condensateurs à base d’AFE offrent un stockage d’énergie haute densité grâce à leur grande différence de polarisation et leur commutation rapide. Les bicouches twistées pourraient améliorer ces performances par une optimisation des contraintes. Un enjeu clé pour l’électronique basse consommation, la capacitance négative (NC) permet une commutation efficace au-delà de la limite de Boltzmann. Les bicouches AFE-AFE, avec leurs paysages énergétiques complexes, pourraient étendre les régions de NC avec une hystérésis minimale, un domaine inexploré mais prometteur. En résumé, CHECKMATE ouvre une voie dans l’exploration des propriétés des oxydes par l’ingénierie de Moiré dans des bicouches twistées. Grâce à une fabrication innovante, des techniques de caractérisation avancées et une modélisation théorique, le projet révélera de nouveaux états de polarisation et leurs applications. La collaboration avec les partenaires taïwanais permettra aux laboratoires français d’acquérir un savoir-faire stratégique, positionnant la France parmi les leaders de ce domaine émergent.

Pour les alternatives logiques beyond-CMOS, les dispositifs spintroniques offrent un potentiel de miniaturisation au prix d'énergies de commutation élevées. Les matériaux magnétoélectriques multiferroïques devraient permettre de contrôler l'aimantation à l'aide de champs électriques intrinsèquement peu consommateurs, mais cette solution a donné des résultats limités au niveau des dispositifs. BiFeO3 reste le matériau multiferroïque le plus étudié, car il présente à température ambiante une polarisation ferroélectrique robuste et un antiferromagnétisme non colinéaire couplés. Dans la logique magnétoélectrique à spin-orbite (MESO), l'aimantation d’un nano-aimant, adjacent à un matériau multiferroïque dérivé de BiFeO3, est commutée uniquement avec une tension et lue par conversion spin charge. Dans la première démonstration expérimentale de MESO, le contrôle magnétoélectrique d'un ferromagnétique CoFe s'est avéré non déterministe. Nous cherchons à simplifier l'état natif de films minces multiferroïques de BiFeO3 pour obtenir une commutation déterministe de la polarisation et de l'antiferromagnétisme. Dans ce contexte, nous avons récemment observé une transition de phase antiferromagnétique, entre des ordres non colinéaires et colinéaires, déclenchée par la commutation de la polarisation de films minces de BiFeO3 à domaine unique. Le projet DEMIETTES vise à explorer l'influence d'une telle transition de phase antiferromagnétique sur l'aimantation d'une couche ferromagnétique adjacente. Nos objectifs sont de : (i) concevoir une commutation déterministe de la polarisation ferroélectrique à partir d'états à domaine unique dans BiFeO3 épitaxié ; (ii) déclencher une transition de phase antiferromagnétique non volatile par commutation de polarisation et comprendre son origine ; (iii) explorer la dynamique de l'aimantation des deux phases ; (iv) exploiter cette commutation multiferroïque pour contrôler l'aimantation d'une couche adjacente dans des dispositifs à l'état solide.

La manipulation des phonons (flux de chaleur) est cruciale pour minimiser les pertes de chaleur dans les circuits électroniques, réaliser des technologies de réfrigération à l'état solide à haut rendement, convertir l'énergie thermoélectrique, et contribuer à un futur type d'informatique basé sur les courants thermiques. SUPER vise à développer des super-réseaux ferroélectriques présentant des propriétés originales de transport des phonons pour contrôler la conductivité thermique via un champ électrique. Les super-réseaux d'oxyde ferroélectrique présentent des structures topologiques exotiques dans les nanocouches tels des parois de domaine et des vortex ferroélectriques. Les parois de domaine possèdent des profils de déformation complexes et interagissent avec les phonons, influençant la conductivité thermique. Outre l'ordre chimique hors plan, l’ordre ferroélectrique hors plan et dans le plan peut être modifié sous champ électrique. Des super-réseaux d'oxydes ferroélectriques de différentes compositions, épaisseurs et périodes seront élaborés pour générer différents ordres chimiques et ferroélectriques. La conductivité thermique sera mesurée par thermoréflectance dans différentes directions. Des mesures in-operando permettront de contrôler l'ordre ferroélectrique par un champ électrique tout en mesurant la conductivité thermique. La combinaison de la thermoréflectance, la diffraction des rayons X, du Raman, le tout sous champ électrique, apportera une compréhension fondamentale des interactions entre parois des domaines et phonons, pour développer un nouveau paradigme de gestion thermique. L'approche multidisciplinaire combinera la science des matériaux, axée sur le contrôle des nanodomaines ferroélectriques, avec la physique de la matière condensée, où conductivité thermique et dynamique des phonons seront étudiées. Les caractérisations multi-échelles (nanométrique au macroscopique) et mesures in-operando seront couplées aux simulations prédictives.

Les matériaux ferroélectriques (FE) présentent une polarisation électrique spontanée, couplée à une déformation, contrôlable en appliquant un champ électrique. Leur couplage électromécanique est exploité dans des dispositifs tels que capteurs et actionneurs, dont le fonctionnement est généralement contrôlé par une tension électrique. Un contrôle optique de la déformation permettrait un contrôle à distance, plus rapide, à plus faible consommation d’énergie, sans besoin de circuits électriques complexes miniaturisés. La photostriction, génération non thermique de déformation sous éclairement, suscite donc un intérêt croissant pour le contrôle optique des fonctionnalités. Cependant, la plupart des études restent limitées à des matériaux nocifs pour l’environnement (à base de plomb) qui répondent dans l’ultraviolet avec des déformations photo-induites inférieures à 0,1 %, ce qui limite fortement les applications. PHOTO-TRICS vise une déformation supérieure à 1%, induite dans le visible et dans des films minces FE sans plomb, pour développer un contrôle optique efficace des FE intégrables dans une nouvelle génération de dispositifs. À cette fin, nous proposons une stratégie matériau originale, combinant ingénieries de phase et de bande interdite, dans des films minces dopés de (Ba,Ca)(Zr,Ti)O3, inexplorés jusqu'à présent pour la photostriction. Pour cela, il est nécessaire de comprendre le mécanisme physique de la photostriction et d’identifier les paramètres matériaux clés afin de contrôler et d'optimiser leur réponse. La photostriction pouvant être considérée comme une combinaison de l'effet photovoltaïque (PV) et de l'effet piézoélectrique inverse (PE), son amélioration nécessite une stratégie d'optimisation combinée de la réponse PV et de la réponse PE. Cependant, aucune stratégie matériaux n'a été développée jusqu'à présent, et son étude dans les films minces a été limitée aux échelles ultrarapide et de la maille atomique, par des mesures synchrotron de diffraction de rayons X. PHOTO-TRICS propose de combiner i) une ingénierie de phase par composition, pour tirer profit de la sensibilité naturellement élevée des FE aux stimuli, près des transitions de phase structurales, (réponse PE améliorée) et ii) une ingénierie de la bande interdite par dopage, pour une meilleure absorption dans le visible (réponse PV optimisée). Cette stratégie sera développée dans des films minces codopés (Co, Nb) de Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BZT-xBCT), qui offrent un terrain de jeu idéal à l’ingénierie de la photostriction. Notre méthodologie sera basée sur l'étude approfondie du mécanisme de photostriction, en analysant tous les paramètres matériaux clés (structuraux, ferroélectriques, piézoélectriques, optiques et photovoltaïques). Cette caractérisation sera réalisée à différentes échelles de longueur et de temps afin de fournir une image complète et une compréhension approfondie de la réponse photostrictive des matériaux, grâce à un ensemble unique d'outils de caractérisation de pointe (incluant des techniques de laboratoire) et de modélisation jamais réunis à ce jour. Enfin, notre stratégie matériaux sera utilisée pour proposer un premier dispositif photostrictif, permettant de tester l'efficacité de l'actionnement optique par la phototriction. Le succès de ce projet ambitieux, allant bien au-delà de l'état de l'art, se base sur les résultats préliminaires et sur l'expertise complémentaire et multidisciplinaire des partenaires (C2N, LPMC et SPMS), à la pointe de la recherche sur la photostriction. Les nouvelles connaissances, les techniques expérimentales et les stratégies matériaux développées par PHOTO-TRICS feront progresser significativement le domaine émergent de la photostriction, offrant des perspectives passionnantes pour le contrôle optique des matériaux, et ouvrant la voie à des dispositifs microélectroniques plus efficaces avec une sensibilité accrue, un fonctionnement plus rapide et une consommation d'énergie plus faible.

La hausse des températures mondiales aura de graves répercussions sur la vie de milliards de personnes. Outre l'augmentation vertigineuse de la demande énergétique de l'industrie du refroidissement et de la climatisation, déjà responsable de 15 % de la consommation mondiale, le nombre de morts pendant les vagues de chaleur atteindra de nouveaux sommets catastrophiques. Avec CoolVest, nous nous attaquons à ces deux problèmes en développant un vêtement rafraîchissant pour la gestion thermique personnelle (PTM) basé sur un matériau électrocalorique. Il limite les risques associés au stress thermique pour le personnel travaillant à l'extérieur lors d'événements climatiques extrêmes. En outre, son utilisation dans les environnements intérieurs permet de réduire la température de fonctionnement des climatiseurs, ce qui se traduit par des économies d'énergie de l'ordre de 7 à 15 %. Cette percée du PTM sera réalisée en combinant l'effet électrocalorique (EC) efficace avec un actionnement à faible perte pour le transfert de chaleur, afin d'atteindre un niveau de compacité et d'efficacité sans précédent. Cette approche élimine la nécessité d'un échangeur de chaleur fluide/air, dont la taille et le coût étouffent en grande partie les progrès des technologies de refroidissement actuelles. CoolVest rassemble les principaux acteurs de la recherche européenne sur les technologies de refroidissement, depuis les matériaux (céramiques et polymères) jusqu'à la simulation, l'électronique et les prototypes de refroidissement, garantissant ainsi le succès grâce à une approche à deux volets : Premièrement, les performances de refroidissement des matériaux de la CE seront améliorées. En s'appuyant sur les matériaux de pointe, principalement développés par ce consortium, un réglage fin des propriétés sera obtenu grâce à l'ingénierie de la composition et de la structure des céramiques et des polymères sans plomb. Ensuite, des composants électroniques flexibles et de grande taille seront produits par des techniques à l'échelle industrielle et incorporés dans des prototypes de refroidisseurs innovants. Leur performance sera caractérisée in-operando et leur développement soutenu par une simulation avancée et une conception électronique intelligente pour la récupération d'énergie, pour une efficacité maximale, avant leur incorporation finale dans les démonstrateurs PTM. Par la suite, la tuile EC pourrait être déployée dans de nombreuses autres applications. Commencer par le PTM est un excellent point d'entrée pour la technologie, à la fois pour son impact et parce qu'il aidera la technologie à devenir mature, dans un domaine où la compacité est primodiale.

La réfrigération représente déjà 15% de l’énergie électrique totale consommée dans le monde ; un chiffre qui va continuer d’augmenter considérablement dans les 20 prochaines années à cause du changement climatique. La gestion thermique individuelle apparait comme un chemin intéressant pour réduire le besoin en climatisation des bâtiments mais aussi comme une réponse au risque de santé associé au travail en extérieur lors des vagues de chaleur. Pour ces applications, où la compacité et le poids sont importants, la réfrigération électrocalorique (EC) est une technologie prometteuse. Cependant aujourd’hui leurs efficacités relatives à Carnot sont trop basses, autour de 4%, quand il faudrait atteindre au moins 20% pour développer la gestion thermique individuelle. Au cours du développement de matériaux EC, les pertes ont été négligées, ce qui in fine limite drastiquement l’efficacité des systèmes de réfrigération EC. C’est le point que nous nous attachons à résoudre dans le projet CERACOOL en optimisant des céramiques pour ses réponses EC mais aussi pour ses faibles pertes. Il en résulte que l’utilisation de céramiques EC performantes impose de repenser les systèmes afin de maintenir les bonnes densités de puissance de ce type de technologie. En effet, aujourd’hui les systèmes compacts utilisent des matériaux EC flexibles qui sont actionnés électrostatiquement, une stratégie plus difficile avec des céramiques. Notre objectif est, à partir d’un système de réfrigération EC innovant fait de plusieurs facettes de systèmes élémentaires, de réaliser un vêtement pour la gestion thermique individuelle en rupture des solutions thermoélectriques peu performantes.

Le projet SOFIANE porte sur la fabrication à large échelle et l'étude fondamentale d'hybrides semiconducteurs/ferroélectriques de van der Waals (vdW). Il a pour objectif final leur mise en œuvre dans des dispositifs neuromorphiques multifonctionnels. Nous combinons les propriétés électroniques uniques des semiconducteurs 2D (gaz d'électrons 2D exposé en surface, transparence électrique, sensibilité interfaciale, photo-réponse) avec la commuabilité des matériaux ferroélectriques monocristallins de haute qualité (oxyde, cristaux vdW). Nous tirons parti de méthodes de croissance en UHV combinées à l'empilement vdW en atmosphère inerte, pour étudier des phénomènes ferroélectriques interfaciaux originaux exacerbés par hybridation vdW. Nous gardons comme objectifs fondamentaux directeurs de découvrir les mécanismes physiques en jeu dans ces systèmes, permettant le contrôle optique et électrique de la polarisation ferroélectrique. Cette compréhension fondamentale des hybrides ferroélectriques de vdW sera exploitée pour émuler des propriétés neuromorphiques et pour développer de nouveaux dispositifs prototypes neuromorphiques à savoir : i) des synapses ferroélectriques, ii) des dispositifs synaptiques optiques, iii) des dispositifs neuromorphiques photo-ferroélectriques.