Thèse en Optique et Matière Quantique (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Contexte et motivation
Le contrôle directionnel de l’interaction lumière-matière constitue un défi majeur tant pour la physique fondamentale que pour les applications liées à l’énergie, en particulier dans le cadre de la gestion du rayonnement thermique et de la récupération d’énergie optique. Une limitation majeure découle de la réciprocité optique, qui impose une symétrie entre la propagation vers l’avant et vers l’arrière des ondes électromagnétiques dans la plupart des systèmes. Les systèmes photoniques actuels (tels que les cellules solaires) sont limités par cette symétrie de réciprocité, qui empêche un contrôle directionnel optimal de la lumière, réduisant ainsi leur rendement. Le fait de rompre la réciprocité permet une réflexion, une absorption et une émission asymétriques, et constitue donc un élément clé pour des fonctionnalités photoniques avancées. Cependant, les démonstrations existantes reposent généralement sur de puissants champs magnétiques externes, ce qui limite considérablement l’évolutivité et la mise en œuvre pratique. Récemment, les matériaux topologiques sont apparus comme des plateformes prometteuses pour obtenir une non-réciprocité intrinsèque. Dans ces matériaux, un champ magnétique externe est remplacé par une courbure de Berry intrinsèque qui se manifeste par une réponse transversale anormale des électrons à un champ électrique. Cette réponse transversale peut, en principe, induire des propriétés optiques non réciproques.

L’objectif de ce projet de thèse est d’étudier si la non-réciprocité optique intrinsèque peut être :
• démontrée de manière robuste sans polarisation externe,
• prédite quantitativement à partir de modèles microscopiques réalistes,
• et étendue à des classes de matériaux allant au-delà des semi-métaux magnétiques de Weyl initialement ciblés.

Ce projet de thèse relève ces défis en combinant la modélisation microscopique des matériaux, la conception photonique et la validation expérimentale des réponses optiques directionnelles.

Le projet vise à établir un cadre complet pour la non-réciprocité optique intrinsèque à travers trois objectifs principaux :
• Modélisation microscopique de la conductivité optique : développer une description réaliste du tenseur de conductivité dépendant de la fréquence σ(ω) à l’aide d’approches numériques applicables à une large classe de matériaux.
• Démonstration expérimentale de la non-réciprocité intrinsèque : fournir une observation claire et quantitative de l’asymétrie directionnelle de la réflectivité (ΔR ≠ 0) en l’absence de champs magnétiques externes, en s’appuyant sur des prédictions théoriques récentes
• Extension à des architectures photoniques complexes : concevoir et étudier des structures photoniques — allant des films minces aux systèmes structurés et potentiellement à motifs — maximisant le contraste optique directionnel et assouplissant les contraintes de symétrie.

Ce projet devrait aboutir à :
• Une compréhension approfondie des mécanismes de non-réciprocité optique dans les matériaux topologiques, validée par des mesures expérimentales.
• La démonstration expérimentale de la non-réciprocité intrinsèque dans les films minces de Weyl,
• L’identification de nouvelles classes de matériaux présentant des propriétés optiques non réciproques, élargissant ainsi le champ des applications potentielles.
• La publication de ces résultats dans des revues à fort impact et leur diffusion lors de
conférences internationales.

Plus largement, ces travaux établiront un nouveau paradigme pour le contrôle de la lumière à l’aide des propriétés intrinsèques des matériaux, avec des implications potentielles pour l’ingénierie du rayonnement thermique et les systèmes énergétiques

Votre Environnement de Travail

Ce contrat de thèse est financé par la Mission pour les initiatives transverses et interdisciplinaires (MITI) du CNRS. Le projet est interdisciplinaire entre le Laboratoire de Physique de l'ENS de Lyon et l'Institut des Nanotechnologies de Lyon.

Le doctorant bénéficiera de deux environnements distincts et complémentaires : l’École Normale Supérieure (ENS) de Lyon et l’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), situé au sein de l’École Centrale et de l’Institut national des sciences appliquées (INSA) de Lyon. Ces prestigieuses grandes écoles françaises sont réputées pour leur excellence en matière de recherche et d’enseignement supérieur, formant des ingénieurs, de futurs universitaires et chercheurs dans un environnement hautement sélectif et interdisciplinaire.
Le candidat retenu rejoindra une équipe multidisciplinaire alliant la physique théorique de la matière condensée, la modélisation numérique et l’optique et la photonique expérimentales, et disposant d’une solide expérience en matière de
collaboration. Cette équipe est composée d’un physicien spécialisé en physique des solides (D. Carpentier), de trois spécialistes en photonique (H-S Nguen, Renwen Yu, M. Amara), d’un spécialiste des matériaux (R. Bachelet) et d’un ingénieur en instrumentation optique (Lotfi Berguiga). De plus, ce projet s’inscrit dans le cadre d’une
initiative collective visant à structurer la recherche française sur les matériaux topologiques et leurs applications dans le secteur de l’énergie. Il jouera un rôle actif au sein de plusieurs réseaux nationaux qui rassemblent des acteurs nationaux pour étudier les propriétés des matériaux topologiques, et en particulier leurs aspects optiques et électromagnétiques.

Contraintes et risques

Pas de risques identifiés.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 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.

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