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Doctorant (H/F) : Étude exploratoire des propriétés optiques des centres N-V dans le diamane et modélisation des propriétés de transport électronique de structures hybride graphène/diamane

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
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Date Limite Candidature : lundi 29 juillet 2024 23:59:00 heure de Paris

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Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant (H/F) : Étude exploratoire des propriétés optiques des centres N-V dans le diamane et modélisation des propriétés de transport électronique de structures hybride graphène/diamane
Référence : UMR5215-IANGER-002
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : TOULOUSE
Date de publication : lundi 8 juillet 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 4 novembre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel brut
Section(s) CN : Matière condensée : structures et propriétés électroniques

Description du sujet de thèse

Depuis plusieurs années, notre équipe travaille en collaboration avec des membres du CEMES (Toulouse) et du Nanoscience Research Lab de la PUCMM (République Dominicaine) afin de produire par une méthode douce des échantillons de diamane, un allotrope du carbone possédant une structure de carbone sp3 sur quelques couches atomiques [1], et de le caractériser le plus finement possible. Les succès obtenus par ce consortium ces dernières années [2] nous permettent d’envisager leur utilisation dans différents types de dispositifs.
La création de qubits photoniques pour le traitement de l'information quantique nécessite l'utilisation d'un matériau-source capable d'émettre des photons uniques (SPE). Par rapport aux systèmes à l'état solide étudiés jusqu’à maintenant [3], les semi-conducteurs 2D sont potentiellement de meilleurs candidats pour accueillir l'émission à photon unique car l'extraction du photon est plus facile, les états de défaut sont supposés être plus isolés des bords de bande, le rayon de Bohr effectif du défaut est plus petit, et on s'attend à un taux radiatif et à une force d'oscillateur de la transition optique entre les niveaux électroniques du défaut plus élevés [4]. À cet égard, les centres NV, constitués d’une lacune et d’un atome d’azote substituant un carbone, chargés négativement dans le diamane, constituent un système prometteur. Nous avons pour objectif d'étudier théoriquement la structure électronique, le spin et les propriétés optiques des centres NV dans différents modèles de graphène hydrogéné, au-delà des méthodes standard à base de fonctionnelle de la densité (DFT) au moyen de calculs de type GW suivi d’une résolution de l'équation de Bethe-Salpeter afin d’obtenir les propriétés des paires électrons- trous (excitons) dans ces systèmes, des formalismes bien maitrisés par l’équipe [5]. Ce travail exploratoire pourra idéalement être complété par l’étude d’autres centres colorés. Cette partie du projet scientifique est soutenue par l’EUR NanoX n° ANR-17-EURE-0009.
Le second axe de recherche associé à cette thèse a pour but d’étudier les propriétés de transport électronique dans des dispositifs 2D à base de graphènes multi-couches hydrogénés à façon aussi bien à l’échelle micro que nanoscopique. En soutien à des réalisations expérimentales de ces dispositifs, au cœur du projet ANR GLADIATOR (ANR-CE09-003), des calculs tout quantique et/ou semi-classique seront alors envisagés une fois les études structurales (stabilité, contraintes, topologie...) des interfaces entre les matériaux à base de carbone sp2 et ceux à base de carbone sp3 réalisées. Cet axe s’appuie sur des compétences acquises par le passé dans l’équipe MPC concernant des calculs de transport à base de calculs DFT [6], en collaboration avec l’équipe Nanomagnétisme du LPCNO (B. Lassagne) en charge de la fabrication des dispositifs et des mesures de transport.

[1] Chernozatonskii, L. A. et al., JETP Lett. 90, 134 (2009).
[2] Piazza, F. et al. Carbon 145, 10 (2019); ibid. 156, 234 (2020); ibid. 169, 129 (2020).
[3] Ivády, V., Abrikosov, I. A. & Gali, A. Npj Comput. Mater. 4, 76 (2018).
[4] Gupta, S. et al., Nano Lett. 19, 408 (2019).
[5] Wang, G. et al., Phys. Rev. Lett. 114, 097403 (2015); Echeverry et al., Phys. Rev. B 93, 121107(R) (2016); Paradisanos, I. et al. Nat. Commun. 11, 2391 (2020); Leisgang, N. et al., Nat. Nanotechnol. 15, 901 (2020).
[6] Tristant, D. et al., Nanoscale 8, 19668 (2016).

Contexte de travail

Intégration dans l'équipe MPC

Contraintes et risques

Idéalement le/la candidat/e doit posséder ou être en train de finaliser un Master 2 recherche et/ou un diplôme d'Ingénieur dans le(s) domaine(s) de la physique de la matière condensée ou de la chimie physique. Des connaissances en calculs ab initio serait un plus.