Missions

Nous proposons une position de post-doc sur deux ans (initialement) à l'Université Paris Saclay (France) et au CNRS, au sein du Centre de Nanosciences et Nanotechnologies (C2N).
Vous intégrerez l'équipe Dispositifs Quantiques Moyen-IR/THz, spécialisée dans le développement de dispositifs optoélectroniques exploitant les effets d'électrodynamique quantique dans la gamme spectrale du moyen infrarouge [1][2].
Située au sud de Paris, l'Université Paris Saclay s'étend sur un vaste territoire et est classée parmi les meilleures universités de France. Le niveau de salaire est négociable en fonction de l'expérience du candidat. Le projet est soutenu par une bourse ERC Advanced Grant (projet SMART-QDEV).

L'objectif du projet est de développer des lasers compacts à verrouillage passif des modes, qui émettent des impulsions ps, grâce à de nouveaux miroirs d'absorption saturables à semi-conducteurs (SESAM [3]) couvrant l'ensemble de l'infrarouge moyen [4]. Par lasers compacts, on entend des lasers à semi-conducteurs ou à fibre.

1] M. Malerba, M. Jeannin, S. Pirotta, L. Li, A. G. Davies, E. Linfield, A. Bousseksou, J.-M. Manceau, and R. Colombelli, Appl. Phys. Lett. 119, 181102 (2021).
[2] E. Cortese, N. L. Tran, J. M. Manceau, A. Bousseksou, I. Carusotto, G. Biasiol, R. Colombelli, and S. De Liberato, Nat. Phys. 17, 31 (2021).
[3] U. Keller, Nature 424, 831 (2003).
[4] M. Jeannin, E. Cosentino, S. Pirotta, M. Malerba, G. Biasiol, J. M. Manceau, and R. Colombelli, Appl. Phys. Lett. 122, 241107 (2023).

Activités

Projet scientifique :
La saturation de l’interaction lumière-matière est une caractéristique non linéaire générale, qu’il s’agisse d’atomes ou de semi-conducteurs [5]. Un absorbant saturable présente un coefficient d’absorption qui dépend de l’intensité incidente. Dans les semi-conducteurs, le contrôle des phénomènes de saturation est important pour la physique fondamentale, ainsi que pour les applications.
Un exemple marquant est le miroir à absorption saturable à semi-conducteur (SESAM) [6] [3], basé sur les transitions interbandes dans les puits quantiques. Il a révolutionné les lasers ultrarapides dans le domaine spectral visible/proche infrarouge, permettant des impulsions laser ultrarapides et des peignes de fréquences qui trouvent des applications dans de nombreux domaines.
Dans l’infrarouge moyen (3-30 um), l’intensité requise pour atteindre la saturation est très élevée, de l’ordre de 1 MW/cm². Cette valeur très élevée explique pourquoi il n’existe pas encore de miroirs SESAM efficaces dans l’infrarouge moyen.
Le projet vise à générer des peignes de fréquences dans l'infrarouge moyen à l'aide de lasers interbandes/à cascade quantique, en s'appuyant sur des SESAMs dont les caractéristiques sont contrôlables (intensités de saturation, pertes non saturables…).

Cette activité s'appuie sur les résultats récents de l'équipe hôte, qui ont permis de comprendre comment la saturation d'absorption (et les non-linéarités cohérentes/incohérentes) peut être obtenue si le système fonctionne dans le régime de couplage fort lumière-matière [7]. L'équipe a également fourni une première preuve expérimentale de la validité du concept [8]. L’idée de base est que, dans le régime de couplage fort, la réponse du système est régie par des états couplés lumière-matière appelés polaritons [9] [10]. Le fonctionnement dans le régime de couplage fort est crucial pour la fonctionnalité du dispositif : la vitesse intrinsèque des polaritons intersous-bandes [11] [12] et leurs non-linéarités accrues en font une plateforme idéale pour la mise en œuvre de dispositifs ultra-rapides pour l'infrarouge moyen, un axe de recherche fondamental de l'équipe hôte.

Cette riche physique permet le développement de plusieurs familles de dispositifs, même au-delà de cette proposition de post-doc, mais toutes en développement dans l'équipe hôte.

Le projet postdoctoral évoluera dans ce contexte. En tant que postdoctorant, vous identifierez d'abord des systèmes laser cibles adaptés (QCL et ICL principalement). Ensuite, vous vous concentrerez sur le développement et la validation de SESAM avec des facteurs de mérite adaptés à ces lasers. En particulier, les différents facteurs de mérite des dispositifs (fluence de saturation, pertes non saturables, vitesse…) seront soigneusement évalués.
Enfin, le système laser + SESAM sera mis en œuvre afin d'étudier/réaliser/démontrer le verrouillage de modes, et les applications associées (spectroscopie à double peigne par exemple) seront explorées. Des efforts seront également consacrés à la mise en œuvre d'outils et de bancs de mesure pour la caractérisation des peignes de fréquences dans l'infrarouge moyen.

[1] M. Malerba, M. Jeannin, S. Pirotta, L. Li, A. G. Davies, E. Linfield, A. Bousseksou, J.-M. Manceau, and R. Colombelli, Appl. Phys. Lett. 119, 181102 (2021).
[2] E. Cortese, N. L. Tran, J. M. Manceau, A. Bousseksou, I. Carusotto, G. Biasiol, R. Colombelli, and S. De Liberato, Nat. Phys. 17, 31 (2021).
[3] U. Keller, Nature 424, 831 (2003).
[4] M. Jeannin, E. Cosentino, S. Pirotta, M. Malerba, G. Biasiol, J. M. Manceau, and R. Colombelli, Appl. Phys. Lett. 122, 241107 (2023).
[5] R. Boyd, Nonlinear Optics, 3rd Edition | Robert Boyd | ISBN 9780123694706 (Academic Press, 2008).
[6] U. Keller, D. A. B. Miller, G. D. Boyd, T. H. Chiu, J. F. Ferguson, and M. T. Asom, Opt. Lett. 17, 505 (1992).
[7] M. Jeannin, J. M. Manceau, and R. Colombelli, Phys. Rev. Lett. 127, 187401 (2021).
[8] M. Jeannin, E. Cosentino, S. Pirotta, M. Malerba, G. Biasiol, J.-M. Manceau, and R. Colombelli, Appl. Phys. Lett. 122, (2023).
[9] D. Bajoni, J. Phys. D Appl. Phys. 45, 313001 (2012).
[10] J.-M. Manceau, S. Zanotto, T. Ongarello, L. Sorba, A. Tredicucci, G. Biasiol, and R. Colombelli, Appl. Phys. Lett. 105, 81105 (2014).
[11] S. Zanotto, R. Degl’Innocenti, J. H. Xu, L. Sorba, A. Tredicucci, and G. Biasiol, Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys. 86, 201302 (2012).
[12] M. Knorr, J. M. Manceau, J. Mornhinweg, J. Nespolo, G. Biasiol, N. L. Tran, M. Malerba, P. Goulain, X. Lafosse, M. Jeannin, M. Stefinger, I. Carusotto, C. Lange, R. Colombelli, and R. Huber, Phys. Rev. Lett. 128, 247401 (2022).
[13] S. Pirotta, N.-L. Tran, A. Jollivet, G. Biasiol, P. Crozat, J.-M. Manceau, A. Bousseksou, and R. Colombelli, Nat. Commun. 12, 799 (2021).
[14] M. Malerba, S. Pirotta, G. Aubin, L. Lucia, M. Jeannin, J.-M. Manceau, A. Bousseksou, Q. Lin, J.-F. Lampin, E. Peytavit, S. Barbieri, L. H. Li, A. G. Davies, E. H. Linfield, and R. Colombelli, Appl. Phys. Lett. 125, (2024).

Compétences

Profil du candidat et modalités de candidature :
Le travail est expérimental, mais une part importante est consacrée aux simulations quantiques et électromagnétiques pour la conception de dispositifs. Nous recherchons des candidats motivés et expérimentés dans certains (pas nécessairement tous) les domaines suivants : physique et technologie des dispositifs semi-conducteurs ; modélisation électromagnétique ; fabrication en salle blanche ; physique des lasers ; techniques de caractérisation optoélectronique ; conception d’hétérostructures quantiques.

Le/La candidat(e) retenu(e) devra être titulaire d’un doctorat expérimental en physique, optique ou ingénierie. Le poste est à pourvoir immédiatement.

Contexte de travail

Consortium et financement :
Ce projet bénéficiera de collaborations avec les laboratoires IES (Montpellier), LPA/ENS (France), TU Wien (Autriche), Laboratoire CORIA/CNRS (Rouen), Le Verre Fluoré. Le financement est assuré par une bourse ERC Advanced Grant.

Le travail se déroulera au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologie, sur le Plateau de Saclay.
Le Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l'Université Paris Saclay et de l'Université Paris Cité. Le C2N, composé d'environ 410 personnels, est situé en Ile de France à Palaiseau (91) au cœur du campus Paris Saclay.
Le C2N est composé de quatre départements scientifiques (photonique, matériaux, nanoélectronique, microsystèmes nanobiofluidique). Ce poste est affecté au sein du département photonique. Ce poste requiert un accès à la salle blanche.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

N/A