Description du sujet de thèse

Développement et Utilisation d'une Source de Rayonnement THz pour l'Étude des Matériaux Quantiques.
Les matériaux quantiques, tels que les semi-conducteurs à faible dimensionnalité, les supraconducteurs et les isolants topologiques, présentent des propriétés fascinantes qui pourraient révolutionner les technologies de l'information, de l'énergie et des communications. Une classe spécifique de ces matériaux est les dichalcogénures de métaux de transition. Cependant, l'étude de ces matériaux nécessite des outils de caractérisation avancés capables de sonder leurs propriétés à des échelles de temps femtosecondes et d'énergie pertinentes.
Le rayonnement térahertz (THz), situé entre les micro-ondes et l'infrarouge, offre une fenêtre unique pour explorer les dynamiques des porteurs de charge, les excitations collectives et les transitions de phase dans les matériaux quantiques. Cette thèse vise à développer une source de rayonnement THz performante basée sur les émetteurs spintronique, et à l'utiliser pour étudier les propriétés fondamentales et les applications potentielles des matériaux quantiques.
Description du Projet :
1. Développement de la Source THz :
• Conception et réalisation d'une source de rayonnement THz basée sur les émetteurs spintroniques. Dans leur forme la plus simple, les émetteurs spintroniques THz (STE) se composent d'une couche de matériau ferromagnétique (FM) métallique déposée sur une couche de matériau non magnétique (NM), elle-même déposée sur un substrat.
• Optimisation des paramètres de la source pour obtenir une puissance élevée, une large bande spectrale et une stabilité temporelle.
2. Caractérisation des Matériaux Quantiques :
• Utilisation de la source THz pour caractériser les propriétés optiques et électroniques des matériaux quantiques basée sur des chalcogénures (matériaux incluant du S, Se ou Te). La collaboration avec le CEA-LETI à Grenoble donnera accès aux matériaux ayant une véritable portée technologique.
• Étude des dynamiques des porteurs de charge, des excitations collectives (plasmons, phonons) et des transitions de phase induites par le champ THz. Le champ THz sera utilisé pour « déclenché » ces processus, permettant l’étude des matériaux soumis à un champ électrique intense (de l’ordre du MV/cm)

Méthodologie :
• Expérimentations : Réalisation d'expériences dites « pompe-sonde » en laboratoire pour valider les simulations et caractériser les propriétés des matériaux.
• Analyses : Analyse des données expérimentales pour extraire des informations sur les mécanismes fondamentaux et les propriétés des matériaux quantiques.
• Simulations Numériques : La collaboration avec l’équipe de théorie de l’Université de Liège permettra de modéliser le comportement des matériaux et leur réponse.
Profil du/de le candidat.e :
• Formation : Master en physique spécialisation en optique/photonique, sciences des matériaux ou domaine connexe.
• Compétences : Connaissances en optique, électronique, physique des semi-conducteurs et techniques de caractérisation expérimentale.
• Qualités : Esprit d'initiative, rigueur scientifique, capacité à travailler en équipe et à communiquer efficacement.

Contexte de travail

La thèse se déroulera au Centre Lasers Intenses et Application (UMR 5107- UB/CEA/CNRS) au sein du groupe Harmoniques Application du CELIA spécialisé dans l’étude des processus ultra-brefs (atto et femto) dans la matière.
La thèse profitera des installations laser disponibles au CELIA :
- serveur Aurore : technologie Ti:Saph impulsions de 25 fs à 1kHz, 8 mJ par impulsion
- serveur BlastBeat : technologie fibre dopée Ytterbium, 166 kHz et 2MHz, impulsions de 130 fs, 300 microjoules max à 166 kHz ou 25 microjoules max à 2MHz et de l’instrumentation associée.
La thèse est en collaboration avec le CEA-LETI pour la fabrication et la caractérisation statique des matériaux et profitera aussi de la collaboration avec la société Amplitude qui fournira un module de post-compression pour le laser BlastBeat (projet TEAR-QUANTUM financé par la région nouvelle Aquitaine)



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