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Thèse de doctorat sur les détecteurs quantiques pour le comptage de photons dans le moyen et lointain infrarouge (H/F)

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Informations générales

Référence : UMR8023-ANGVAS-004
Lieu de travail : PARIS 05
Date de publication : vendredi 19 juin 2020
Nom du responsable scientifique : Carlo Sirtori
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les dispositifs clés pour le développement des technologies quantiques sont des photodétecteurs à semiconducteur performants. A l'heure actuelle, dans le domaine THz et moyen infrarouge, la réalisation de tels dispositifs est toujours un défi majeur. En effet, la faible énergie des photons est étroitement liée à un bruit important qui limite leur sensitivité et impose un fonctionnement à températures cryogéniques. Dans le régime de fréquences entre 8 et 12µm nous avons récemment réalisé un photodétecteur à puits quantiques dans un métamatériau à base de résonateurs métalliques sub-longueur d'onde. Ces dispositifs ont des performances accrues jusqu'à température ambiante et des sensitivités relativement importantes [1]. De plus, ils sont intrinsèquement très rapides et combinent une grande sensitivité à température ambiante avec une réponse en fréquence rapide, de l'ordre de la dizaine de GHz. Ces propriétés ont été exploitées pour réaliser un schéma de détection hétérodyne dans lequel la puissance minimale que l'on peut détecter est de quelques pW. Il est important de remarquer qu'il n'y a aucune limitation physique à augmenter davantage la sensitivité du système en arrivant ainsi au seuil de détection d'un seul photon.
L'objectif de cette thèse sera de pousser la détection THz jusqu'à ses ultimes retranchements par la conception de nouveaux détecteurs à base de métamatériaux et par l'amélioration du montage de détection hétérodyne. Ceci passera par une stabilisation active en fréquence du système [2] et par un schéma de détection équilibrée qui nous permettra de tirer pleinement profit des propriétés de haute fréquence et bas bruit de la technique de détection hétérodyne. Plusieurs applications seront possibles grâce à cette technologie, comme la communication en espace libre, la détection cohérente et non-destructive et la télédetection.
Le travail sera réalisé au laboratoire de physique de l'ENS dans l'équipe Physique Quantique et Dispositifs (QUAD).
[1] D. Palaferri et al., Room-temperature nine-µm-wavelength photodetectors and GHz-frequency heterodyne receivers, Nature 556, 85 (2018)
[2] B. Argence, et al., Quantum cascade laser frequency stabilization at the sub-Hz level, Nature Photonics. 9, 456 (2015).

Contexte de travail

Le travail sera réalisé au laboratoire de physique de l'ENS dans l'équipe Physique Quantique et Dispositifs (QUAD).

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