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Agnès Barthélémy soutient sa thèse à l'Université Paris-Sud sous la direction de Albert Fert en 1991[1]. Elle obtient alors un poste de maîtresse de conférences à l’Université Paris-Sud et est recrutée au sein du Laboratoire de Physique du Solide. Elle rejoint ensuite Albert Fert à l'Unité mixte de physique CNRS/Thales. Elle est nommée membre de l'Institut universitaire de France en 2013[2].