Theorie et analyse numerique des systemes en couplage fort (H/F)

Description du Poste

Les Missions

Nous proposons une position de post-doc sur un an (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.

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 d’apporter un soutien théorique et e modeling à certaines activités de l’équipe, qui se concentrent sur les systèmes et dispositifs fonctionnant dans le régime de couplage fort lumière-matière. L’activité post-doctorale sera principalement théorique, avec une attention particulière portée à l’analyse numérique.

L'Activité

Les dispositifs optoélectroniques — des diodes électroluminescentes et cellules solaires aux lasers et détecteurs — font partie intégrante de notre quotidien et devraient jouer un rôle de plus en plus important à l’avenir. Si les principes de fonctionnement de base de ces dispositifs sont bien connus, leurs améliorations, bien que significatives, restent souvent incrémentales. Trouver des voies radicalement nouvelles pour implémenter de nouvelles fonctionnalités est un défi clé : l’électrodynamique quantique en cavité ouvre des perspectives innovantes en exploitant le concept de régime de couplage fort (SCR) lumière-matière dans des microcavités [1].
Dans ce régime, le couplage entre les photons et les excitations électroniques/moléculaires dépasse les processus de décroissance, entraînant la formation de nouveaux états hybrides appelés polaritons.

L’activité de l’équipe s’inscrit dans cette approche. En particulier, les recherches portent sur des dispositifs optoélectroniques basés sur des transitions inter-sous-bandes entre des états électroniques confinés dans des puits quantiques semiconducteurs. Ces transitions sont les briques de base des dispositifs quantiques fonctionnant dans l’infrarouge moyen/THz (lasers à cascade quantique, détecteurs infrarouges à puits quantiques).
Leur flexibilité a récemment permis la première démonstration du régime de couplage ultra-fort lumière-matière en physique de l’état solide [2][3]. Ces dispositifs offrent un terrain idéal pour explorer de nouveaux phénomènes où l’électrodynamique en cavité joue un rôle fondamental.

Le ou la candidat·e retenu·e abordera trois problèmes principaux :

Transport électronique dans les modulateurs ultra-rapides
L’équipe d’accueil a récemment démontré des modulateurs ultra-rapides dans l’infrarouge moyen (MIR) avec des performances compatibles avec des applications réelles [4]. L’originalité du concept réside dans son fondement physique : le régime de couplage fort lumière-matière. Cependant, un courant de fuite persistant limite encore leurs performances. Une compréhension approfondie et une modélisation du transport électronique dans ces dispositifs permettront d’améliorer leurs performances.

Un sujet fondamental : la saturation de l’absorption en régime de couplage fort
L’équipe a récemment montré que la saturation de l’absorption peut être contrôlée dans le régime de couplage fort lumière-matière [5], et en a apporté la preuve expérimentale [6]. Dans ce régime, la réponse du système est gouvernée par des états couplés lumière-matière, les polaritons. En revanche, ce qui se passe lorsque le système n’est pas un puits quantique à deux niveaux, mais un puits quantique multisousbandes, reste inconnu. L’équipe est en mesure de générer des données expérimentales sur ce système, offrant une situation idéale pour développer une modélisation fiable.

Équations effectives de Maxwell-Bloch pour les lasers à cascade quantique

1. A. Frisk Kockum, A. Miranowicz, S. De Liberato, S. Savasta, and F. Nori, "Ultrastrong coupling between light and matter," Nat. Rev. Phys. 1, 19–40 (2019).
2. C. Ciuti, G. Bastard, and I. Carusotto, "Quantum vacuum properties of the intersubband cavity polariton field," Phys. Rev. B 72, 115303 (2005).
3. Y. Todorov, A. M. Andrews, R. Colombelli, S. De Liberato, C. Ciuti, P. Klang, G. Strasser, and C. Sirtori, "Ultrastrong Light-Matter Coupling Regime with Polariton Dots," Phys. Rev. Lett. 105, 196402 (2010).
4. 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, "Ultrafast (≈10 GHz) mid-IR modulator based on ultrafast electrical switching of the light–matter coupling," Appl. Phys. Lett. 125, 41101 (2024).
5. M. Jeannin, J. Manceau, and R. Colombelli, "Unified Description of Saturation and Bistability of Intersubband Transitions in the Weak and Strong Light-Matter Coupling Regimes," 187401, 1–7 (2021).
6. M. Jeannin, E. Cosentino, S. Pirotta, M. Malerba, G. Biasiol, J. M. Manceau, and R. Colombelli, "Low intensity saturation of an ISB transition by a mid-IR quantum cascade laser," Appl. Phys. Lett. 122, 241107 (2023).

Votre Profil

Compétences

D’après la description, le projet est théorique, mais le ou la candidat·e devra être proche des expériences, évoluant au sein d’un groupe expérimental. Il est possible qu’il/elle doive apprendre et réaliser quelques expériences optiques simples. L’essentiel de l’effort sera consacré à la modélisation numérique du transport électronique et des phénomènes quantiques/électromagnétiques, en vue de la conception et du développement de dispositifs.
Le ou la candidat·e idéal·e sera une personne dynamique, intéressée par la physique des dispositifs semiconducteurs, et aura terminé un programme de doctorat dans un domaine connexe (physique, optique ou ingénierie).

Votre Environnement de Travail

Consortium et financement :
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.

Contraintes et risques

N/A

Rémunération et avantages

Rémunération

entre 3081.22 Euros et 4291.70 Euros brut / mois

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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