Doctorat (H/F) : Modélisation de la photoluminescence dans des cavités plasmoniques bidimensionnelles

Description du Poste

Sujet De Thèse

Les nanostructures métalliques supportent des plasmons-polaritons de surface (SP), qui couplent les oscillations collectives des électrons libres du métal (plasmon) à une onde électromagnétique (polariton). Les SP permettent un confinement sub-longueur, ce qui présente un grand intérêt pour les dispositifs tout-optiques compacts intégrés sur puce.
Nous développons des ALU (unités arithmétiques et logiques) basées sur les SP qui exécutent des fonctions booléennes complexes choisies (portes logiques AND, OR, XOR, etc.). Celles-ci sont plus petites et potentiellement beaucoup plus rapides que les microprocesseurs électroniques. Récemment, nous avons mis en œuvre des portes logiques 2 bits et un additionneur complet 1 bit sur une seule structure plasmonique reconfigurable [1,2]. Les informations booléennes d'entrée sont portées par la polarisation d'une impulsion infrarouge qui est traitée par les modes SP aux ports de sortie où elles sont converties en signaux de sortie booléens encodés dans la réponse de photoluminescence non linéaire (NPL). Pour modéliser ce processus complexe, nous avons réalisé des simulations numériques de la réponse de transmittance plasmonique linéaire en champ proche et un modèle phénoménologique pour la conversion des cartes de champ proche en cartes NPL (voir fig. 3 et informations supplémentaires de la réf. [2]). Bien que cela permette une interprétation qualitative des images NPL mesurées, un modèle plus quantitatif est nécessaire pour calculer avec précision la transmittance non linéaire des ALU plasmoniques. De plus, cela nous permettra de développer, en collaboration avec notre partenaire (le laboratoire CIAD de Dijon), une intelligence artificielle hybride qui associe l'apprentissage automatique fondé sur la physique à des stratégies évolutives. Cela conduira à mettre en place une procédure d'optimisation réaliste et d'étendre notre approche à des unités de calcul tout-optiques plus complexes.

La photoluminescence des métaux nobles est un phénomène bien connu, mais son mécanisme de génération, en particulier dans le cas d'une excitation pulsée, est débattue [3,4]. Des progrès significatifs ont été réalisés récemment, principalement pour une excitation uniforme et en régime continu [5-9]. Plus précisément, une formule établi la probabilité d'émission d'un électron excité dans le métal. Cette formule ne nécessite que la connaissance du champ électrique local et de la température des électrons. L'extension heuristique de la modélisation NPL de l’excitation continue à l’excitation pulsée s'effectue généralement en considérant une approximation quasi-stationnaire avec une distribution des électrons dépendante du temps. Afin de prédire plus précisément l'émission de lumière non linéaire provenant des cavités ALU et de l'étendre à des scénarios d'excitation non uniforme du système plasmonique nous étendrons l'approche analytique de l'état stationnaire (illumination en ondes continues) au cas transitoire (illumination pulsée) en suivant la dynamique de la distribution des électrons, du champ et de la température des électrons pour chaque intensité et durée d'impulsion d'excitation. Nous combinerons également les connaissances sur les propriétés de transport des électrons non thermiques afin de tenir compte de la nature délocalisée de l'émission observée expérimentalement.

References
[1] Interconnect-free Multibit Arithmetic and Logic Unit in a Single Reconfigurable 3 µm2 Plasmonic Cavity,
Kumar et al, ACS Nano 15, 13351 (2021)
[2] Compact implementation of a 1-Bit Adder by Coherent 2-Beam Excitation of a single Plasmonic Cavity,
Dell’Ova et al, ACS Photonics 11, 752 (2024)
[3] Dynamics, Efficiency, and Energy Distribution of Nonlinear Plasmon-Assisted Generation of Hot Carriers.
Demichel et al, ACS Photonics 3, 791−795 (2016)
[4] Spatial Distribution of the Nonlinear Photoluminescence in Au Nanowires,
Agreda et al, ACS Photonics 6, 1240 (2019)
[5] “Hot” electrons in metallic nanosctructures – non-thermal carriers or heating ?
Y. Sivan,Y. Dubi, Light Science & Applications 8, 89 (2019)
[6] Theory of “Hot” Photoluminescence from Drude Metals,
Y. Sivan,Y. Dubi, ACS Nano 15, 8724−8732 (2021)
[7] Nonlinear Photoluminescence in Gold Thin Films
Rodriguez-Echarri et al, ACS Photonics 10, 2918-2929 (2023)
[8]Theory of photoluminescence by metallic structures
A. Loirette-Pelous, J.-J. Greffet, ACS 18, 31823 (2024)
[9] Photoluminescence from Metal Nanostructures: Dependence on Size
I. Kalyan, I-W. Un, G. Rosolen, N. Shitrit, and Y. Sivan, ACS Nano 19, 29181−29194 (2025)

Votre Environnement de Travail

Le laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) est une Unité Mixte de Recherche entre le CNRS, l’Université Bourgogne Europe et l’Université Technologique de Belfort Montbéliard.

Ces travaux seront réalisés sur le site de Dijon.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet CAIPOP (Composite AI for bluePrinting Optical Processors) financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € 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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