H/F Doctorant/doctorante- thèse sur les assemblages de nanomatériaux colloïdaux pour le gain optique

Description du Poste

Sujet De Thèse

Résumé du projet de thèse :
Les nanocristaux colloïdaux, ou boîtes quantiques (quantum dots), sont des nanoparticules de semi-conducteurs synthétisées en solution par voie chimique humide. Ce projet de thèse vise à utiliser des nanocristaux colloïdaux comme matériau à gain optique pour des applications laser intégrées. Le/la candidat(e) commencera par synthétiser des boîtes quantiques de pointe présentant des propriétés de gain dans le visible et participera à la construction d'un nouveau montage optique dédié à la spectroscopie avancée de ces objets. La spectroscopie d'absorption transitoire pompe-sonde sera utilisée pour étudier les métriques de gain optique des boîtes quantiques (largeur de bande, durée de vie, seuils…) sous excitation optique. Le/la candidat(e) explorera ensuite des architectures de nanocristaux plus complexes, en ciblant notamment le développement d'assemblages de différents types de nanocristaux. Cette approche vise deux objectifs : obtenir de nouvelles propriétés de gain optique inaccessibles avec des matériaux à composant unique, telles qu'une largeur de bande de gain ultra-large ou un effet laser à bas seuil dans des structures donneur-émetteur fortement couplées. Le/la candidat(e) concevra et évaluera le potentiel de ces métamatériaux à l'état liquide, et mesurera les performances laser à l'état solide. Ce projet est financé par l'ANR JCJC MetaQD.
Contexte :
Les boîtes quantiques colloïdales (CQD) sont des nanoparticules de semi-conducteurs qui, en raison de leur taille (2-20 nm), se situent dans le régime de confinement quantique. À ce titre, ces matériaux présentent des propriétés optiques qui peuvent être ajustées de manière continue sur une large gamme de longueurs d'onde, de l'infrarouge à l'ultraviolet. Les CQD sont déjà utilisés dans les écrans de nouvelle génération (Samsung QLED), les capteurs infrarouges (ST Microelectronics, IMEC) et comme marqueurs biologiques. La prochaine étape pour ces matériaux est la démocratisation de leur utilisation comme source de lumière laser, ce qui nécessite que les nanoparticules supportent des niveaux d'excitation très élevés. Le processus d'émission stimulée, responsable de l'émission de lumière laser cohérente, est un processus collectif qui exige que les nanocristaux soient assemblés de manière très dense, typiquement sous forme de films à l'état solide. La facilité de mise en œuvre en solution des nanocristaux en fait d'excellents candidats pour la photonique intégrée sur puce, où l'intégration de sources lumineuses reste complexe en raison des contraintes de l'épitaxie. Très récemment, la preuve de concept d'un dispositif électrique à CQD capable d'émettre de la lumière dans le régime de gain optique (c'est-à-dire capable d'atteindre le régime d'inversion de population et d'amplifier la lumière) a été démontrée. Il est désormais nécessaire d'obtenir davantage d'outils pour la conception rationnelle des propriétés de gain optique au-delà du matériau unique, en particulier pour résoudre les défis associés aux seuils de gain optique élevés.
Objectifs :
Synthétiser des nanomatériaux de pointe pour le domaine visible, construire un montage de spectroscopie d'absorption transitoire dédié aux mesures de gain optique. Concevoir de nouveaux assemblages de boîtes quantiques permettant de faire émerger des propriétés de gain à partir du comportement collectif ou de l'interaction entre les matériaux. Transposer ces nouvelles propriétés à des dispositifs laser à l'état solide sous excitation optique.
Méthodes :
• Synthèse de matériaux
• Spectroscopie ultrarapide
• Nanofabrication
• Expériences résolues en temps
• Assemblages à l'échelle nanométrique
• Conception optique
Résultats attendus :
Formulations de boîtes quantiques permettant de débloquer des propriétés de gain optique inatteignables avec des approches mono-matériau, lasers à boîtes quantiques optimisés à l'état solide.
Thématiques :
Chimie colloïdale, matériaux pour l'optoélectronique, nanosciences, photonique, optique, spectroscopie ultrafaste.
Conditions scientifiques et financières :
Synthèse en laboratoire de chimie, expériences de spectroscopie en laboratoire d'optique. Travail avec des lasers de classe IV. Projet financé par l'ANR JCJC MetaQD.
Objectifs de publication :
Publications dans des revues à comité de lecture, participation à des conférences nationales et internationales.

Votre Environnement de Travail

Le PMC fait partie des 22 laboratoires du centre de recherche de l’Ecole polytechnique qui travaille aux frontières de la connaissance sur les grands enjeux interdisciplinaires scientifiques, technologiques et sociétaux.
Au sein de la Direction de l’Enseignement et de la Recherche de l’Ecole polytechnique, le Laboratoire de Physique de la Matière Condensée (PMC) est une unité de recherche mixte (Ecole polytechnique/CNRS) dont le travail s’organise autour de deux axes fondamentaux que sont les nanosciences et la physique de l'irrégularité.
Branche de la Physique qui cherche à comprendre les états solides, liquides ou intermédiaires (gels, pâtes, mousses, ...) de la matière (structure, propriétés, phénomènes d’ensembles liés aux interactions entre les particules qui la composent), la physique de la matière condensée est une science qui se situe en amont d’innombrables avancées technologiques.
Le/la doctorant(e) fera partie de l'École doctorale de l'IP Paris. L'étudiant(e) intégrera le groupe de chimie du solide du PMCL'étudiant(e) participera à des réunions nationales (GDR, ateliers…) lors de sa 1ère année, et à des conférences internationales lors de sa 2ème ou 3ème année. L'étudiant(e) visitera des laboratoires collaborateurs en France (INSP Sorbonne Université, Synchrotron Soleil, MPQ Université Paris-Cité…). Déplacements potentiels pour visiter des collaborateurs au Los Alamos National Laboratory (USA) et en Corée.

Contraintes et risques

Le/la candidat(e) travaillera avec des produits chimiques (risque chimique) ainsi qu'avec des lasers ultrarapide et de haute puissance (risques laser). Il/elle recevra une formation adaptée.

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

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