Le but de cette thèse est de faire des développements numériques et expérimentaux sur une technique de microscopie électronique porteuse de plein d'espoirs : la ptychographie électronique. 

La ptychographie consiste à (a) acquérir une série de clichés de diffraction cohérente en utilisant une sonde locale de petite taille qui balaye avec recouvrement la région d'intérêt et (b) analyser numériquement tous ces clichés de diffraction. La cohérence du faisceau et la reconstruction numérique permettent de remonter à des informations bien inférieures à la taille du faisceau incident. Par exemple en 2011, en utilisant un faisceau d'électrons de 15 nm, des colonnes atomiques d'or distantes de 0,23 nm ont pu être imagées. Théoriquement la résolution limite est donnée par la longueur d'onde du faisceau incident, soit 2 pm pour des électrons accélérés par un potentiel de 200kV. Dans le domaine des rayons X et de l'optique la ptychographie a connu des développements considérables car même en l'absence de lentilles, il est possible de reconstruire numériquement à partir des données expérimentales, à la fois des images avec une résolution exceptionnelles mais également les fonctions d'onde du faisceau à l'entrée et à la sortie de l'échantillon. Toutefois, la plupart des algorithmes de ptychographie suppose une faible interaction entre le faisceau incident et l'objet, approximation dite d'objet de phase qui néglige les interactions multiples du faisceau incident dans l'échantillon. Cette approximation est satisfaisante dans le cas des rayons X et de l'optique mais ne s'applique que très peu aux faisceaux d'électrons.

C'est pour cela que cette thèse propose :
1- de développer un nouvel algorithme qui tienne compte des multiples interactions,
2- d'utiliser des matériaux 2D-modèles de plus en plus complexes. Les matériaux 2D monocouches permettront d'une part, d'optimiser les conditions expérimentales sur les microscopes électroniques et d'autre part de se familiariser avec les programmes actuels. Pour les systèmes plus complexes comprenant plusieurs couches ou matériaux 2D-fonctionnalisé, il faudra utiliser et tester le nouvel algorithme.

Nous espérons que ces travaux permettront de reconstruire en 3D toute la structure atomique d'un empilement de quelques couches atomiques (au moins jusqu'à 3 nm d'épaisseur) et d'obtenir des informations sur la répartition des charges et les liaisons chimiques. Si cela se produit, cela sera une avancée considérable dans le domaine de la caractérisation de la matière.

La thèse s'effectuera à Minatec sur la plate-forme de microscopie électronique du CEA-Grenoble.

Le stage s'adresse essentiellement à un informaticien/mathématicien désirant appliquer/développer son savoir sur un sujet de recherche fondamentale qui pourrait avoir des retombées et des applications importantes, voir révolutionnaires, dans le domaine de la caractérisation des nano-structures et nano-composants.