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Thèse de doctorat en nanooptique (H/F): Unités Arithmétiques et Logiques modales plasmoniques.

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

Date Limite Candidature : lundi 23 mai 2022

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Informations générales

Référence : UMR6303-ERIDUJ-001
Lieu de travail : DIJON
Date de publication : lundi 2 mai 2022
Nom du responsable scientifique : Erik Dujardin
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Sujet expérimental multi-disciplinaire (optique, nanofabrication et simulations numériques) propose de concevoir et réaliser des composants logiques plasmoniques et d'en étudier les propriétés optiques. La thèse comportera trois parties: (i) la nanofabrication par lithographie électronique et gravure par faisceau d'ions focalisés (FIB) de nanostructures plasmoniques à partir de mésocristaux 2D d'or; (ii) la caractérisation optoélectronique du comportement plasmonique non-linéaire et du fonctionnement booléen des portes logiques reconfigurables à complexité croissante; (iii) la simulation des phénomènes observés par la méthode des fonctions de Green en utilisant des codes existants.
Une nouvelle classe de composants fonctionnels, intégrés et ultracompacts exploitent les propriétés opto-électroniques des métaux nobles comme l'or ou l'argent. Le confinement et le guidage de la lumière à des dimensions nanométriques inférieures à la longueur d'onde grâce aux plasmons offrent un moyen de développer de nouvelles approches du transfert et du traitement de l'information par voie "tout optique". Notre équipe a démontré la faisabilité des premiers calculateurs appelés unités arithmétiques et logiques (ALU, Fig. 1) dont nous souhaitons désormais augmenter les performances vers de véritables processeurs.1-3
Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR DALHAI en collaboration avec CIAD Dijon, expert en intelligence artificielle, avec lequel nous concevrons les ALU qui seront réalisées et étudiées expérimentalement et numériquement à l'ICB. Un atout majeur des composants plasmoniques est la possibilité de moduler électriquement leur réponse optique locale ce qui permettra d'explorer une étape supplémentaire d'intégration et de reconfigurabilité à haute fréquence.4 L'objectif principal de cette thèse est de démontrer, opérer et décrire numériquement l'équivalent d'un additionneur complet 2x2 bits puis de concevoir des processeurs de complexité supérieure. Un second objectif est la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu dans la modulation électro-optique de la réponse des ALU.4,5
Le/la candidat/e préparera les échantillons d'or cristallins à partir de suspensions colloïdales puis réalisera les étapes de lithographie/gravure par deux voies complémentaires mises en place dans les plateformes ARCEN (ICB, Dijon) et MIMENTO (Femto-ST, Besançon). La réponse optique des composants sera caractérisée sur un banc d'optique non-linéaire dédié permettant une excitation multi-faisceaux des ALU ainsi que leur adressage électrique en vue de reconfigurer et moduler (f ~ 1-100 kHz) la réponse booléenne des portes logiques et calculateurs plasmoniques modaux.
Un formalisme de Green existant sera utilisé pour simuler et interpréter les images optiques expérimentales.
Enfin, tout au long de la thèse, le/la candidate participera à la conception assistée par intelligence artificielle hybride des ALU à fonction booléenne complexe.
Pré-requis: Une maitrise théorique en nano/optique et une excellente maitrise expérimentale du développement et de l'interfaçage (LabView) de bancs optiques expérimentaux et microscopie sont exigées. Des connaissances des méthodes de nanofabrication et un niveau d'anglais écrit/parlé C1 sont souhaités. Une maîtrise du langage Python sera appréciée.
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1 - S. Viarbitskaya, A. Teulle, R. Marty, J. Sharma, C. Girard, A. Arbouet, E. Dujardin, Nature Materials, 12, 426 (2013).
2 - U. Kumar, G. Colas des Francs, A. Bouhelier, E. Dujardin, et al. ACS Photonics, 5, 2328-2335 (2018).
3 - U. Kumar, A. Cuche, C. Girard, S. Viarbitskaya, F. Dell'Ova, R. Al Rafrafin, G. Colas des Francs, S. Bolisetty, R. Mezzenga, A. Bouhelier, E. Dujardin
ACS Nano, 15, 13351-13359 (2021).
4 - A. V. Uskov, J. B. Khurgin, M. Buret, A. Bouhelier, I. V. Smetanin, and I. E. Protsenko, ACS Photonics, 4, 1501-1505 (2017).
5 - K. Malchow and A. Bouhelier, J. Opt. Soc. Am. B, 38, 576 (2021).

Contexte de travail

Cette thèse se déroulera au sein du département Photonique de l'ICB, dans l'équipe PRISM (https://icb.u-bourgogne.fr/en/near-field-optics/) dont les thématiques principales sont : Physique des milieux sub-lambda; Nanophotonique nonlinéaire; Composants nanophotoniques et plasmoniques; Circuiterie nanophotonique et plasmonique; Nanosources optiques intégrées; Plasmonique quantique.
Cette thèse bénéficiera d'un environnement expérimental d'excellence tant en optique qu'en nanofabrication et en simulation.
Elle sera co-encadrée par Erik Dujardin (http://scholar.google.fr/citations?user=502SHhMAAAAJ) et par Alexandre Bouhelier (https://icb.u-bourgogne.fr/equipe/alexandre-bouhelier/)

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