Thèse (H/F): Transport modifié par une cavité

Description du Poste

Sujet De Thèse

Les polaritons de cavité sont des états hybrides lumière-matière résultant du couplage fort entre un mode de cavité et une excitation du matériau. Les propriétés optiques du matériau sont profondément modifiées par l’émergence de tels états. En effet, dans le régime de couplage fort, les polaritons de cavité deviennent les modes brillants du système. Au cours des trente dernières années, la possibilité de créer et de manipuler des états de polaritons de cavité a eu un impact majeur sur l’optique quantique et l’électrodynamique quantique, avec des avancées importantes telles que la réalisation de « chats de Schrödinger » ou l’observation de condensats de Bose-Einstein.
Récemment, plusieurs expériences ont démontré que l’émergence d’états hybrides lumière-matière peut avoir un impact sur d’autres propriétés physiques, telles que le transport de charge ou d’énergie, les réactions chimiques, les transitions de phase et la thermodynamique. Grâce à ces démonstrations, l’importance du couplage fort lumière-matière s’est étendue bien au-delà de l’électrodynamique vers d’autres domaines de la physique et de la chimie.
Ce projet de thèse consiste en une étude expérimentale et théorique de l’impact du couplage fort lumière-matière sur le transport de charge. Deux types d’excitations matérielles seront étudiés : (a) un plasmon confiné dans une couche de semi-conducteur fortement dopée ; (b) un mode vibrationnel de l’eau confiné dans un matériau poreux, fabriqué en collaboration avec Marco Faustini au LCMCP (Sorbonne Université). Nous utiliserons comme plateforme photonique un métamatériau basé sur un réseau périodique de résonateurs métal-diélectrique-métal. Cette plateforme photonique est particulièrement bien adaptée au confinement du rayonnement infrarouge moyen dans des régions à longueurs d’onde bien inférieures à la longueur d’onde caractéristique, grâce à la présence de métaux qui font également office de contacts électriques.
Nous avons déjà mis en évidence un régime de couplage fort lumière-matière sur ces deux plateformes matérielles en réalisant des expériences de réflectivité. Dans les deux cas, l’intensité du couplage est déterminée par la densité extrêmement élevée de dipôles, donnant lieu à une réponse collective. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous étudierons le transport de charge dans ces systèmes, où l’existence de polaritons ne fait aucun doute.
Dans le cas des plasmons confinés, nous étudierons le transport vertical et, plus précisément, nous examinerons le transport de charge en tant que moyen de transfert d’énergie d’un courant continu vers un état de polariton capable d’émettre un rayonnement dans l’infrarouge moyen. À cette fin, nous concevrons une hétérostructure semi-conductrice de telle sorte qu’une transition électronique, pouvant être excitée par effet tunnel, soit en résonance avec le mode de polariton. Les mécanismes de cette excitation électrique des états de polaritons feront l’objet d’une étude théorique.
Dans le cas de l’eau confinée dans des matériaux poreux, nous étudierons le transport ionique. Dans ce cas, notre plateforme de métamatériaux permettra d’étudier à la fois le transport parallèle et le transport vertical. La modification de la conductivité ionique de l’eau induite par le couplage avec un mode de cavité a déjà été démontrée expérimentalement. Cependant, l’observation de ce phénomène dans des matériaux poreux sera particulièrement intéressante, car cette plateforme est parfaitement adaptée à l’électrocatalyse de l’eau pour la production d’H₂.
L'étude de ces deux plateformes et leur comparaison nous permettront de mieux comprendre les phénomènes liés au transport par cavité, dont la description théorique fait encore l'objet de débats.

Votre Environnement de Travail

Ce projet de thèse sera mené dans le cadre du projet Exapor de l'ANR et bénéficiera de tous les échanges entre les différents partenaires du LPENS, de Sorbonne Université et de l'Université Paris Cité.

Contraintes et risques

Risque chimique lié à la fabrication des échantillons.

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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