Doctoral position in theoretical modeling of nanocrystal growth — ETH Zürich

Description complète

Poste doctoral en modélisation théorique de la croissance des nanocristaux

100%, Zurich, à durée déterminée

Contexte du projet

Le Laboratoire d'ingénierie des matériaux optiques (Prof. David J. Norris) du Département de génie mécanique et des procédés (D-MAVT) de l'ETH Zurich étudie la synthèse, la croissance, la structure et les propriétés optiques des nanomatériaux semi-conducteurs. Notre équipe interdisciplinaire et internationale associe la chimie des matériaux, la spectroscopie optique, la microscopie électronique, la modélisation théorique et la simulation numérique afin de comprendre et de contrôler les matériaux à l'échelle nanométrique.

Les cristallites semi-conducteurs de taille nanométrique présentent des propriétés optiques (par exemple, des spectres d'absorption et d'émission) qui dépendent fortement de leur taille. Cette propriété étant utile pour créer des matériaux optiques accordables destinés à des applications optoélectroniques allant des écrans et des caméras infrarouges à la nanophotonique et aux technologies quantiques, des synthèses chimiques ont été mises au point pour produire des nanocristaux à partir de divers semi-conducteurs. Les protocoles les plus avancés sont ceux qui conduisent à des particules quasi sphériques (appelées points quantiques colloïdaux). Cependant, même les échantillons de nanocristaux les plus avancés présentent des distributions de taille et de morphologie des particules qui limitent leurs performances optiques.

Deux classes de nanocristaux semi-conducteurs ont été découvertes qui font exception à cette règle. Elles présentent une forme inhabituelle de croissance « discrète », avec des sauts entre une série de tailles spécifiques. Les nanoplaquettes semi-conductrices peuvent être synthétisées avec des épaisseurs uniformes à l'échelle atomique, tandis que les nanocristaux dits « de taille magique » croissent selon une séquence de tailles bien définies. Ces observations suggèrent qu'il pourrait être possible d'obtenir des nanocristaux aux dimensions exceptionnellement précises. Néanmoins, les mécanismes qui régissent la formation, à partir d'une synthèse donnée, de nanoplaquettes, de nanocristaux de taille magique ou de points quantiques colloïdaux conventionnels restent mal compris.

L'objectif central de ce projet est de développer un cadre théorique universel qui explique comment apparaissent ces différents modes de croissance des nanocristaux. La compréhension qui en résultera servira à orienter les expériences vers un meilleur contrôle de la taille, de la forme et des propriétés optiques des nanocristaux.

Description du poste

La personne doctorante développera des descriptions théoriques et numériques de la nucléation et de la croissance des nanocristaux semi-conducteurs. L'accent initial sera mis sur la combinaison de modèles existants pour les nanoplaquettes de CdSe et les nanocristaux de taille magique. Le travail sera ensuite étendu pour inclure des points quantiques conventionnels à croissance continue et d'autres matériaux semi-conducteurs, notamment l'InP.

Le projet combinera trois approches de modélisation complémentaires : Premièrement, l’étudiant utilisera la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour calculer les énergies des surfaces, arêtes, marches et sommets de nanocristaux terminés par des tensioactifs. Ces calculs fourniront des paramètres physiquement pertinents pour les modèles de croissance. Ils serviront également à identifier des molécules tensioactives susceptibles de stabiliser certaines formes de nanocristaux. Deuxièmement, l’étudiant construira des modèles de bilan de matière décrivant la croissance et la dissolution couplées de populations de nanocristaux. Ces modèles examineront la croissance compétitive des nanoplaquettes et des nanocristaux de taille magique en résolvant des systèmes d’équations cinétiques couplées. Les résultats seront comparés directement aux mesures expérimentales de stabilité. Les modèles seront ensuite étendus pour inclure les boîtes quantiques, dans le but d’expliquer la transition entre la croissance discrète et continue des nanocristaux. Troisièmement, l’étudiant utilisera des simulations de Monte Carlo cinétique pour étudier les premiers stades de la croissance des nanocristaux. De tels calculs examineront comment des cristallites initialement petits évoluent vers des morphologies concurrentes et comment les conditions de croissance influencent la sélection de nanoplaquettes, de nanocristaux de taille magique ou de boîtes quantiques.

L’étudiant en doctorat travaillera en étroite collaboration avec les expérimentateurs responsables de la synthèse des nanocristaux et des études de croissance. Cette interaction entre la théorie et l’expérience est au cœur du projet : les résultats expérimentaux fourniront des données d’entrée aux modèles, tandis que les simulations guideront la conception de nouvelles expériences. Les calculs seront effectués à l’aide de l’infrastructure de calcul haute performance de l’ETH Zurich. En plus de ses activités de recherche, la personne doctorante contribuera aux activités générales du laboratoire et aura l’occasion de participer à l’enseignement et à l’encadrement d’étudiants de bachelor et de master.

Profil

Nous recherchons une personne curieuse, motivée et autonome, vivement intéressée par l’application de méthodes théoriques et computationnelles à des problèmes fondamentaux de croissance des matériaux. Une solide formation en thermodynamique, cinétique, mécanique statistique, physique du solide, chimie physique ou modélisation des matériaux est attendue. Les personnes candidates doivent être titulaires d’un diplôme de MSc en chimie, génie chimique, génie mécanique, science des matériaux, physique, science computationnelle ou dans une discipline étroitement apparentée, ou être sur le point de l’obtenir. Une expérience dans un ou plusieurs des domaines suivants constituerait un atout :

• Théorie de la fonctionnelle de la densité et calculs de structure électronique
• Méthode de Monte Carlo cinétique ou autres méthodes de simulation stochastique
• Résolution numérique d'équations différentielles couplées ou d'équations de taux
• Modélisation atomistique ou mésoscopique des matériaux
• Nanocristaux semi-conducteurs, surfaces ou croissance colloïdale
• Programmation scientifique
• Calcul haute performance

Il n'est pas nécessaire d'avoir une expérience préalable de chacune des méthodes utilisées dans le projet. La personne retenue devra toutefois disposer de solides bases quantitatives et être enthousiaste à l'idée d'apprendre de nouvelles techniques computationnelles. L'excellence académique, une approche professionnelle de la recherche et la capacité à travailler de manière autonome sont attendues. La personne candidate doit être capable de communiquer couramment en anglais, tant à l'oral qu'à l'écrit, et devrait aimer travailler dans un environnement de recherche collaboratif et international.

Nous offrons

Nous proposons un projet doctoral stimulant à l'interface de la théorie, du calcul et de l'expérimentation. La personne retenue rejoindra un groupe de recherche collaboratif et international et bénéficiera d'une formation à plusieurs approches complémentaires de la modélisation des matériaux. Le projet offre des possibilités de collaboration avec des équipes de recherche externes, un accès à des infrastructures de calcul avancées, des échanges avec des scientifiques expérimentaux, la participation à des conférences internationales et l'encadrement de projets de recherche d'étudiants.

Le poste est basé au Département de génie mécanique et des procédés (D-MAVT), sur le campus central d'ETH Zurich à Zurich, en Suisse. La personne doctorante aura accès aux ressources de calcul haute performance d'ETH Zurich. Le D-MAVT est un département interdisciplinaire englobant le génie mécanique, le génie des procédés, le génie chimique et le génie biomédical, ainsi que la robotique et l'automatique. ETH Zurich offre un environnement scientifique exceptionnel, avec de nombreuses possibilités de collaboration dans les domaines de la science des matériaux, de la chimie, de la physique et de l'ingénierie.

Nous attachons de l’importance à la diversité et à la durabilité

Conformément à nos valeurs , ETH Zurich encourage une culture inclusive. Nous favorisons l'égalité des chances, valorisons la diversité et cultivons un environnement de travail et d'apprentissage dans lequel les droits et la dignité de l'ensemble de notre personnel et de nos étudiants sont respectés. Consultez notre site web consacré à l'égalité des chances et à la diversité pour découvrir comment nous garantissons un environnement équitable et ouvert qui permet à chacun de s'épanouir et de prospérer. La durabilité est une valeur fondamentale pour nous – nous œuvrons constamment en faveur d'un avenir climatiquement neutre .

Vous êtes curieux ? Nous aussi.

Nous nous réjouissons de recevoir votre candidature en ligne avec les documents suivants, réunis en un seul PDF :

• Une lettre de motivation décrivant votre motivation pour le poste, votre expérience de recherche pertinente et vos principales réalisations scientifiques à ce jour (deux pages maximum)
• Un CV
• Diplômes et relevés de notes
• Coordonnées d’au moins trois références universitaires ou professionnelles

De plus amples informations sur notre laboratoire sont disponibles sur notre site web . Les questions relatives au poste doivent être adressées à David J. Norris, [email protected] (pas de candidatures).

Veuillez noter que nous acceptons exclusivement les candidatures soumises par l'intermédiaire de notre portail de candidature en ligne. Les candidatures envoyées par e-mail ou par voie postale ne seront pas prises en considération.

Nous recrutons une personne doctorante à temps plein pour développer des modèles théoriques et computationnels de la croissance de nanocristaux semi-conducteurs, avec une date de début prévue à partir du 1er octobre 2026.

Le poste doctoral est prévu pour quatre ans à un taux d'occupation de 100% et sera supervisé par le Prof. Dr. David J. Norris. Le poste est subordonné à l'admission au programme doctoral d'ETH Zurich.

À propos de l’ETH Zürich

ETH Zurich est l'une des principales universités au monde spécialisées dans la science et la technologie. Nous sommes réputés pour notre enseignement d'excellence, notre recherche fondamentale de pointe et le transfert direct de nouvelles connaissances dans la société. Plus de 30,000 personnes originaires de plus de 120 pays considèrent notre université comme un lieu qui favorise la pensée indépendante et un environnement qui inspire l’excellence. Située au cœur de l’Europe, tout en tissant des liens partout dans le monde, nous travaillons ensemble pour élaborer des solutions aux défis mondiaux d’aujourd’hui et de demain.

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