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Doctorant -- Circuiterie NEMS-phononiques pour les technologies du traitement de l'information classique et quantique (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mardi 31 mai 2022

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Informations générales

Référence : UMR6174-SARBEN-003
Lieu de travail : BESANCON
Date de publication : mardi 10 mai 2022
Nom du responsable scientifique : Sarah Benchabane
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2135 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

L'Institut FEMTO-ST est à la recherche d'un(e) doctorant(e) très motivé(e), curieux(se) et rigoureux(se) pour travailler sur un sujet au confluent de la phononique, des nanosystèmes mécaniques et de l'acoustique quantique.

CONTEXTE GENERAL
La notion de vibration mécanique constitue l'un des fondements de la physique classique. Le sujet n'en est pourtant pas moins d'actualité : les progrès liés aux technologies de micro- et nanofabrication constatés au cours de ces dernières décennies ont en effet très largement contribué à un regain d'intérêt considérable pour ce champ disciplinaire. Si les micro- et nanosystèmes électromécaniques (MEMS/NEMS) dominent très clairement ce champ d'investigation, la phononique, qui aspire au contrôle et à l'analyse des phonons à toutes échelles confondues, ouvre des perspectives encore inexplorées [1-2]. Les dispositifs phononiques à l'échelle mésoscopique en particulier permettent d'envisager un contrôle cohérent des vibrations mécaniques, laissant présager de leur application dans des domaines allant des technologies de l'information à la santé, en passant par l'étude d'interactions fondamentales lumière-matière[3]. L'émergence récente de l'acoustique quantique[3-7], au travers notamment de la démonstration de la pertinence des ondes élastiques pour le traitement quantique de l'information, renforce encore l'intérêt porté à la démonstration de plateformes phononiques complexes et intégrables (voir par exemple~[8-11]).

Un volet conséquent de nos activités de recherche actuelles s'inscrit dans ce paysage scientifique en rapide évolution. Dans le cadre du projet uNIQUE, financé par le conseil européen de la recherche depuis septembre 2020, nous souhaitons œuvrer au développement de dispositifs électromécaniques, au confluent de la Phononique et des NEMS, permettant de maîtriser la propagation et la distribution des ondes élastiques, de surface en particulier. Les objectifs relèvent du traitement électro-acoustique du signal, dans des systèmes d'information classiques comme quantiques, mais également du potentiel d'interaction de ces systèmes avec d'autres degrés de liberté physiques susceptibles d'être affectés par une déformation élastique.

OBJECTIF ET PROGRAMME DE LA THESE
L'objectif de la thèse proposée est d'explorer des architectures phononiques hybrides, mêlant ondes élastiques de surface et résonateurs mécaniques, susceptibles d'opérer en régime quantique. Les dispositifs réalisés seront portés à des températures de l'ordre de quelques dizaines de millikelvins : nous souhaitons en effet exploiter et combiner ondes élastiques propagatives et modes mécaniques localisés, en régime linéaire et non-linéaire, de manière à implémenter des circuits phononiques capables de maîtriser la distribution et la propagation des ondes élastiques et, à terme, de phonons uniques. Le projet de thèse proposé visera donc à :
(i) concevoir et réaliser les éléments constitutifs de cette circuiterie phononique ;
(ii) implémenter des schémas de détection de phonons uniques dans des conditions cryogéniques (<100 mK) ;
(iii) évaluer le potentiel de ces circuits phononiques pour la réalisation d'opérations quantiques fondamentales.

Le/La doctorant(e) œuvrera, en collaboration avec les autres membres de l'équipe, à la conception, à la fabrication et à la caractérisations de la plateforme électromécanique proposée. Il/Elle bénéficiera se l'expertise du laboratoire d'accueil dans le domaine de la phononique et des ondes élastiques de surface et aura accès aux moyens technologiques de pointe disponibles au sein de la salle blanche de l'Institut FEMTO-ST.

PROFIL RECHERCHE
Le/La candidat(e) devra être titulaire d'un Master 2, diplôme d'ingénieur ou équivalent, dans des domaines connexes à la physique ou aux sciences de l'ingénieur. De bonnes connaissances théoriques en physique générale sont requises. Il/Elle devra témoigner d'un véritable goût pour la physique expérimentale. La maîtrise de l'anglais technique écrit et oral est impérative.

REFERENCES
[1] A. Khelif et A. Adibi, Ed., Phononic Crystals. New York, Springer, 2016.
[2] V. Romero-García and A.-C. Hladky-Hennion, Ed., Fundamentals and Applications of Acoustic Metamaterials: From Seismic to Radio Frequency, John Wiley & Sons, Ltd (2019).
[3] P. Delsing et al., The 2019 surface acoustic waves roadmap. J. Phys. D: Appl. Phys., 52 (2019).
[4] M. V. Gustafsson, T. Aref, A. F. Kockum, M. K. Ekstrom, G. Johansson and P. Delsing, Propagating phonons coupled to an artificial atom. Science, 346, 207 (2014).
[5] Y. Chu, P. Kharel, W. H. Renninger, L. D. Burkhart, L. Frunzio, P. T. Rakich and R. J. Schoelkopf, Quantum acoustics with superconducting qubits. Science, 358, 199 (2017).
[6] K. J. Satzinger et al., Quantum control of surface acoustic-wave phonons. Nature, 563, 661 (2018).
[7] A. Bienfait, K. J. Satzinger, Y. P. Zhong, H.-S. Chang, M.-H. Chou, C. R. Conner, É. Dumur, J. Grebel, G. A. Peairs, R. G. Povey and A. N. Cleland, Phonon-mediated quantum state transfer and remote qubit entanglement. Science, 364, 368 (2019).
[8] D. Hatanaka, I. Mahboob, K. Onomitsu and H. Yamaguchi, Phonon waveguides for electromechanical circuits. Nat. Nanotechnol., 9, 520 (2014).
[9] W. Fu, Z. Shen, Y. Xu, C.-L. Zou, R. Cheng, X. Han and H. X. Tang, Phononic integrated circuitry and spin–orbit interaction of phonons. Nature Communications, 10, 2743 (2019).
[10] L. Raguin, O. Gaiffe, R. Salut, J.-M. Cote, V. Soumann, V. Laude, A. Khelif, and S. Benchabane, "Dipole states and coherent interaction in surface-acoustic-wave coupled phononic resonators," Nature Commun., 10, 4583 (2019).
[11] S. Benchabane, A. Jallouli, L. Raguin, O. Gaiffe, J. Chatellier, V. Soumann, J.-M. Cote, R. Salut, A. Khelif, “Nonlinear coupling of phononic resonators induced by surface acoustic waves”, Physical Review Applied 16, 054024 (2021).

Contexte de travail

Les travaux se dérouleront au sein de l'institut FEMTO-ST (Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies), un laboratoire de recherche associé au CNRS et rattaché à l'Université Bourgogne Franche-Comté (UBFC). Situé majoritairement à Besançon, FEMTO-ST est l'un des laboratoires majeurs de Sciences pour l'Ingénieur en France. Ses domaines d'activité relèvent de l'électronique, la mécanique, la thermique, l'optique, l'automatique et l'informatique. Le laboratoire dispose d'une centrale de technologie membre du réseau national des grandes centrales (Renatech) offrant des équipements à l'état de l'art distribués sur 800 m2 de salle blanche. Le doctorant rejoindra plus précisément l'équipe MOSAIC du département Micro Nano-Sciences & Systèmes.

Site Internet FEMTO-ST: http://www.femto-st.fr.

Contraintes et risques

Risque laser, travail en salle blanche (exposition à des substances chimiques).

Informations complémentaires

Les candidatures doivent absolument être soumises via le présent portail.
Pour tout complément d'information, n'hésitez pas à contacter Sarah Benchabane (sarah.benchabane@femto-st.fr).

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