H/F - Thèse"Ingénierie du couplage lumière-matière dans des structures hybrides nanophotoniques/matériaux 2D

Description du Poste

Sujet De Thèse

Cette proposition de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet collaboratif financé par l’ANR entre l’INL de Lyon et le laboratoire CINTRA (IRL) à Singapour.

Contexte :
La micro-nanophotonique vise à contrôler la lumière à des échelles comparables à sa longueur d’onde, ouvrant la voie à des avancées majeures en information quantique, en capteurs et en énergie. Dans ce domaine, les dichalcogénures de métaux de transition (TMD), tels que WS₂, WSe₂ et MoS₂, se distinguent par leurs propriétés optiques exceptionnelles : sous forme de monocouches, ils présentent un gap direct et des excitons fortement liés, stables à température ambiante.
Leur intégration dans des structures photoniques permet de renforcer les interactions lumière-matière et de concevoir des dispositifs optiques actifs. En particulier, les cristaux photoniques offrent un contrôle fin de la propagation de la lumière grâce à leur structuration périodique, bien au-delà des microcavités classiques.
La combinaison des TMD et des cristaux photoniques constitue ainsi une plateforme prometteuse en ouvrant des perspectives significatives pour explorer la physique du couplage fort et développer des dispositifs polaritoniques de nouvelle génération pour la photonique quantique et intégrée.

Objectifs et méthodologie :
Cette thèse vise donc à étudier expérimentalement le couplage entre des matériaux TMD (monocouches de WS₂ et WSe₂, ainsi que des bicouches à base de MoS₂) et des cristaux photoniques. L’objectif principal est la réalisation d’un laser polaritonique à température ambiante reposant sur le couplage entre les excitons des TMD et des modes de cristaux photoniques conçus (par exemple bandes plates dans les structures moirés, ou résonances à haut facteur de qualité, telles que les états liés dans le continuum).
Ce projet comporte des défis importants tant en fabrication qu’en caractérisation :
Nanofabrication : Développement de structures photoniques multicouches intégrant des TMD, nécessitant un contrôle précis de la qualité des matériaux, de la fabrication des cristaux photoniques et des procédés de transfert sans dégradation des propriétés optiques. Ce travail s’appuiera sur la plateforme Nanolyon de l’INL (2 salles blanches) et sur une collaboration avec le laboratoire CINTRA (Singapour).
Caractérisation optique : Étude expérimentale du couplage lumière-matière par spectroscopie optique. Des techniques en champ lointain et en champ proche seront utilisées afin de caractériser pleinement les modes optiques et les distributions de champ électromagnétique.
Simulations numériques : Des méthodes telles que RCWA, FEM et FDTD permettront de soutenir la conception des structures photoniques et de guider les paramètres expérimentaux.

Plan de recherche :
Le doctorant ou la doctorante rejoindra l’équipe i-Lum à l’INL. Après une phase initiale de formation bibliographique et technique, les travaux se concentreront sur l’optimisation du couplage lumière-matière en explorant divers concepts photoniques développés au sein de l’équipe (par exemple cristaux photoniques bicouches ou de type moiré, points exceptionnels, états liés dans le continuum). Cela impliquera à la fois des simulations numériques et des travaux expérimentaux, incluant la fabrication de micro-nanostructures en salle blanche et leur caractérisation optique à l’aide des plateformes avancées du laboratoire.

Profil du candidat :
Le candidat ou la candidate devra posséder de solides connaissances en nanophotonique et/ou en physique des semi-conducteurs et/ou en physique des interactions lumière-matière, avec si possible une première expérience en spectroscopie optique et/ou en micro-nanotechnologies (procédés de fabrication et de caractérisation). Une forte motivation pour le travail expérimental (fabrication en salle blanche, caractérisations optiques) ainsi que pour la thématique des interactions lumière-matière dans les micro- et nanostructures est également attendue.

Votre Environnement de Travail

L’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL) a pour vocation de développer des recherches technologiques multidisciplinaires dans le domaine des micro et nanotechnologies et de leurs applications. Les recherches menées s’étendent des matériaux aux systèmes. Le laboratoire s’appuie sur la plate-forme technologique lyonnaise NanoLyon.
Les domaines d’application couvrent de grands secteurs économiques : l’industrie des semiconducteurs, les technologies de l’information, les technologies du vivant et de la santé, l’énergie et l’environnement.
Le laboratoire est multi-sites avec des localisations sur les campus d’Ecully et de Lyon-Tech La Doua. Il regroupe environ 200 personnes dont 121 personnels permanents. L’INL est un acteur majeur du Pôle de Recherche et d’Enseignement.
Ce poste se situe dans un environnement innovant, à la pointe des technologies du futur, dans des secteurs stratégiques applicatifs.

Rémunération et avantages

Rémunération

2300,00 € brut mensuel

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.

Le CNRS

Les métiers de la recherche