En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez le dépôt de cookies dans votre navigateur. (En savoir plus)

H/F Doctorant au LPENS en Nanophotonique quantique

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

Date Limite Candidature : lundi 9 août 2021

Assurez-vous que votre profil candidat soit correctement renseigné avant de postuler. Les informations de votre profil complètent celles associées à chaque candidature. Afin d’augmenter votre visibilité sur notre Portail Emploi et ainsi permettre aux recruteurs de consulter votre profil candidat, vous avez la possibilité de déposer votre CV dans notre CVThèque en un clic !

Faites connaître cette offre !

Informations générales

Référence : UMR8023-CHRVOI-001
Lieu de travail : PARIS 05
Date de publication : lundi 19 juillet 2021
Nom du responsable scientifique : Christophe Voisin
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les nanotubes de carbone comme plateforme pour la photonique quantique : contrôle des propriétés optiques à l'aide de centres colorés artificiels et de l'encapsulation hBN.

Ces dernières années, les atouts des nanotubes de carbone en tant que nouvelle plateforme pour la photonique quantique (communications quantiques et traitement de l'information quantique) ont suscité de nombreux efforts, y compris dans notre groupe [Jea16,Jea17,He18]. En effet, les nanotubes de carbone s'avèrent être l'un des très rares émetteurs quantiques fonctionnant dans les bandes télécom C (proche infrarouge, 1,5 µm) nécessaires aux télécommunications à longue portée. De plus, leur structure les rend facilement intégrables dans des dispositifs photoniques.
Une approche réussie a été développée en utilisant le greffage chimique des centres de couleur (défaut) pour régler leurs propriétés optiques et rendre leurs caractéristiques d'émetteurs quantiques uniques plus robustes. L'émission de photons uniques à température ambiante a été démontrée, montrant l'efficacité de l'approche contre le dépiégeage thermique des excitons. [He17]

Cependant, des informations relativement rares sont disponibles sur la photophysique de ces nanotubes greffés. En particulier, la profondeur du puits de potentiel induit par divers défauts organiques, ainsi que la structure électronique des états confinés (sombre vs brillant, couplage aux phonons…) sont des questions clés qui restent à traiter. De plus, la possibilité de coupler plusieurs de ces défauts le long d'un même nanotube unidimensionnel est particulièrement intéressante pour la mise en œuvre de la logique quantique.

Nous avons récemment développé une configuration de micro-photoluminescence cryogénique polyvalente particulièrement adaptée pour répondre à ces questions, au niveau d'un nanotube individuel. En particulier nous avons adapté les techniques de super-résolution (comme en biologie) à cet environnement cryogénique afin d'obtenir une cartographie spatiale directe des défauts avec une résolution inférieure à 30nm [Ray19]. La spectroscopie d'excitation quasi résonante complète cette approche en fournissant des informations complètes sur les états confinés excités. Divers centres de couleurs sont disponibles grâce à nos collaborations avec des chimistes en Allemagne et aux États-Unis.

Le premier objectif de cette proposition de thèse est d'acquérir une compréhension complète de la photophysique de ces nouveaux centres de couleur dans les nanotubes de carbone à l'aide de ces outils spectroscopiques avancés et du rôle de l'encapsulation dans une couche de nitrure de bore (hBN) pour stabiliser les propriétés d'émission. Les développements possibles incluent l'étude de l'état de spin de l'état fondamental des défauts qui présentent des similitudes avec ceux des centres NV bien connus dans le diamant, ouvrant un vaste terrain de jeu pour la physique fondamentale (construction d'une interface spin/photon pour l'informatique quantique) et applications (nano-magnétométrie).

En parallèle, nous étudierons le couplage de NTC greffés avec des circuits photoniques quantiques sur puce. En nous appuyant sur les progrès récents de la photonique à points quantiques semi-conducteurs, nous fabriquerons nos structures résonantes à accord spatial et spectral en utilisant la lithographie in situ du polystyrène. Ce matériau est en effet la meilleure matrice pour imbriquer les nanotubes et obtenir leurs meilleures propriétés intrinsèques (y compris des photons uniques quasiment indiscernables). Les nanotubes (éventuellement enrobés d'une couche de hBN) seront d'abord caractérisés optiquement et localisés dans une couche plane de polystyrène à l'aide d'un laser d'excitation rouge. Dans un deuxième temps, une couche supérieure de résine photosensible sera exposée par un laser vert sur la même configuration. Dans la dernière étape, le PS est gravé pour former la structure souhaitée.

La première structure qui sera étudiée consiste en un seul NTC greffé couplé à un guide d'onde, où les deux directions de propagation de la lumière jouent le rôle d'un séparateur de faisceau. Les expériences Handbury Brown et Twiss (mesures d'anti-groupage de photons) seront réalisées en mesurant directement la corrélation croisée entre les deux sorties du guide d'onde.


[Jea16] A. Jeantet et al, PRL 116 247402 (2016)
[Jea17] A. Jeantet et al, Nano Lett. 17 4184 (2017)
[He18] X. He et al, Nat. Tapis. 17 663 (2018)
[He17] X. He et al, Nat. Photo. 11 577 (2017).
[Ray19] C. Raynaud et al, Nano Lett 19, 7210 (2019)

Contexte de travail

Le travail s'effectuera dans l'équipe 01 (Nano-optique) du LPENS en interaction avec l'ensemble de ses membres permanents ou contractuels ainsi qu'avec les personnels techniques et administratifs du laboratoire.

Contraintes et risques

Risques liés à l'utilisation de lasers, de fluides cryogéniques et de matériels électriques.

On en parle sur Twitter !