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Développement d’un magnétomètre à jonction tunnel miniaturisé pour applications spatiales

Description

Ce travail de thèse instrumentale associe les compétences des laboratoires LPC2E spécialisé dans le développement des capteurs magnétiques pour le domaine spatial et SPINTEC spécialisé dans les développements liés à l’électronique de spin.

Les capteurs magnétiques utilisés actuellement lors de missions spatiales sont des capteurs inductifs comme les fluxgates pour le champ magnétique DC et très basses fréquences ou les search coils pour le champ magnétique AC comme ceux qui sont développés au LPC2E avec succès pour les missions spatiales (récemment TARANIS (CNES), Solar Orbiter (ESA), Parker Solar Probe (NASA)). La très haute sensibilité de ces instruments est obtenue au prix d’un encombrement et d’une masse (400g à 700g) importants. De plus la masse supplémentaire du mat portant l’instrument pour l’éloigner de la plateforme électromagnétiquement polluante serait aussi réduite. Or ces paramètres sont déterminants dans la sélection des instruments à embarquer et sont l’objet d’une compétition féroce au niveau international.

La recherche systématique de solutions pour réduire cette masse atteint aujourd’hui une limite et aucun progrès significatif n’est plus envisageable sans un changement radical de technologie. Un capteur réalisé à partir de jonctions tunnel magnétiques permettrait de franchir un cap très important dans la réduction des dimensions et de la masse des capteurs magnétiques vectoriels en incluant des composants issus de l’électronique de spin dans une architecture innovante.

Le capteur conçu est constitué :

  • D’une jonction tunnel magnétique comme élément sensible du capteur
  • D’un concentrateur de flux pour amplifier le champ à mesurer
  • D’un système de modulation du champ magnétique pour réduire le bruit de la mesure.

L’objectif de ce travail de recherche est donc de développer un magnétomètre ultra-sensible et miniature en utilisant des jonctions tunnel magnétiques et les techniques de microfabrication issues de la microélectronique. Ce magnétomètre, s’il atteint les performances attendues, pourrait remplacer les magnétomètres utilisés actuellement sur les missions spatiales avec un gain de masse d’un facteur 10. L’avantage compétitif du capteur proposé est sa très petite taille et son extrême légèreté : le dispositif (hors électronique) est réalisé sur un substrat de silicium et occupe une surface de 10x4 mm^2 et pèse environ 1 gramme pour 1 voie de mesure.

L’objectif à plus long terme est de développer - à partir des jonctions tunnels développées pendant la thèse - un capteur magnétique miniaturisé et spatialisable qui réponde aux besoins scientifiques dans la thématique Soleil, Héliosphère, Magnétosphères (SHM). De par ces faibles dimensions et masse, ce concept innovant créerait une « rupture » par rapport aux magnétomètres search coil et/ou fluxgate utilisés habituellement dans cette thématique de recherche. Il serait particulièrement bien adapté aux petites plateformes et aux missions multi-satellites autour d’astéroïdes, dans le vent solaire ou mission planétaires envisagées par la thématique SHM afin d’obtenir des mesures multi-points.

D’autre part, ce type d’instrument miniaturisé est très adapté au besoin des nanosats et smallsats. Il pourrait combler une gamme de fréquences dans l’observation du champ terrestre via le réseau INTERMAG Sat (successeur envisagé du réseau Nanomagsat ou SWARM-delta).

Profil

Le candidat recherché serait titulaire d’un Master 2 ou équivalent dans le domaine de la physique du solide

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : LPC2E, Orléans
Directeur(rice) de thèse/recherche : KRETZCHMAR Matthieu
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : matthieu.kretzschmar@cnrs-orleans.fr
Responsable Cnes de l'offre : AMSIF Kader

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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