Missions

Les centres colorés — défauts atomiques émettant des photons uniques — constituent des sources de lumière quantique stables et peuvent héberger des spins contrôlables pour des mémoires quantiques. L’intégration des propriétés de spin et de la photonique permet d’envisager des réseaux quantiques efficaces basés sur l’intrication. Leur implantation dans le silicium garantit une compatibilité avec les technologies existantes, ainsi qu’une mise à l’échelle favorable à la communication et au calcul quantique. Le couplage mécanique des spins dans le silicium, notamment via les ondes acoustiques de surface (SAWs), ouvre la voie à des systèmes quantiques hybrides. L’objectif du projet est de démontrer le contrôle mécanique de spins dans le silicium (Er, centre T) à l’aide de SAWs, constituant une première étape vers le couplage cohérent de qubits de spin distant.

Activités

Pour démontrer la modulation mécanique d’un émetteur à photon unique dans le silicium, nous développerons d’abord des dispositifs SAW sur des centres G. Ces centres, produits en collaboration avec le CEA Grenoble sur des substrats SOI via implantation de carbone et d’hydrogène, seront intégrés dans des micro-piliers photoniques couplés à des dispositifs SAW composés de transducteurs interdigités (IDTs) déposés sur une couche de ZnO.
La contrainte des SAW modulera la fréquence d’émission d’un centre G, permettant d'évaluer l’efficacité électromécanique des dispositifs. Des SAWs contre-propagatives, générées par deux IDTs, formeront une onde stationnaire dont la phase pourra être ajustée afin d’optimiser le couplage à la cavité optique.
Une fois ces dispositifs entièrement maîtrisés sur des émetteurs uniques dans SOI, la technique sera appliquée à des interfaces spin–photon, notamment les centres T et l’Er, qui sont des émetteurs moins efficaces. Les centres T seront produits et optimisés par recuit de SOI implanté en C et H. Les dispositifs développés pour les centres G seront transposés aux échantillons de centres T, et un dispositif de pompage optique résonant des spins dans les micro-piliers sera mis en place. La fluorescence résonante sous excitation SAW permettra de sonder la modulation optique, tandis que la combinaison du pompage optique, des SAWs et d’un champ magnétique permettra de démontrer le contrôle mécanique des spins des centres T dans le régime des bandes latérales.
Dans les échantillons SOI dopés erbium, fournis par nos partenaires de l’Université de Munich, des transducteurs SAW seront intégrés à des structures de guides d’ondes afin de réaliser la spectroscopie d’un petit ensemble inhomogène (zone implantée) et de fournir une mesure du couplage acoustique aux transitions optiques et de spin de l’erbium.

Compétences

Expérience des procédés de salle blanche appliqués à la fabrication et à la caractérisation de dispositifs nanophotoniques ou nanoélectroniques.
Expérience en spectroscopie optique de matériaux à l’état solide ou de dispositifs optoélectroniques.
Une expérience en optique dans la bande télécom serait un atout.

Contexte de travail

Les travaux seront réalisés à l’Institut Néel, laboratoire de recherche CNRS–UGA situé à Grenoble. L’implantation de centres colorés dans le silicium sera menée en collaboration avec des équipes du CEA-Leti et du CEA-IRIG-Pheliqs, tandis que les échantillons dopés Er seront fournis grâce à une collaboration avec l’Université de Munich. Les transducteurs SAW et les structures photoniques seront fabriqués dans les salles blanches de l’Institut Néel. La spectroscopie optique sera d’abord réalisée à l’aide d’un dispositif de micro-spectroscopie en bande télécom fonctionnant à 5 K. Le candidat contribuera également au développement d’un dispositif de micro-spectroscopie fonctionnant à 100 mK. Ce système, basé sur un réfrigérateur à dilution avec accès optique, permettra des mesures spin–mécaniques détectées optiquement de très haute sensibilité.
L'Institut NEEL, UPR 2940 CNRS, est l'un des plus grands instituts de recherche nationaux français pour la recherche fondamentale en physique de la matière condensée enrichi d'activités interdisciplinaires aux interfaces avec la chimie, l'ingénierie et la biologie. Le laboratoire est rattaché au CNRS Physique. Il est situé au cœur d'un environnement scientifique, industriel et culturel unique. Il fait partie de l'un des plus grands environnements de haute technologie d'Europe en micro et nanoélectronique, juste à côté des Alpes françaises.
L’Institut NEEL est un laboratoire du CNRS. Le CNRS est un établissement public à caractère scientifique et technologique. Il a pour mission d’identifier, d’effectuer ou de faire effectuer, seul ou avec ses partenaires, toutes recherches présentant un intérêt pour l’avancement de la science ainsi que pour le progrès économique, social et culturel. Internationalement reconnu pour l’excellence de ses travaux scientifiques, le CNRS est une référence aussi bien dans l’univers de la recherche et développement que pour le grand public.

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