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Ph. D. (H/F) "Single Photon Counters for the Ultra-Strong Light-Matter Coupling Regime"

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Informations générales

Référence : UMR8023-YANTOD-017
Lieu de travail : PARIS 05
Date de publication : mercredi 20 mai 2020
Nom du responsable scientifique : Yanko Todorov
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 10 octobre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Lorsqu'un émetteur est placé dans une microcavité, l'émission et l'absorption de photons deviennent des processus réversibles et le système entre dans un nouveau régime connu sous le nom de couplage fort lumière-matière. Dans ce régime émergent deux nouvelles quasiparticules quantiques, appelées polaritons, qui sont des mélanges de photons et d'excitations électroniques. Récemment, le régime de couplage ultra-fort a été observé dans les dispositifs semi-conducteurs [1]: dans cette limite, la force de couplage devient extrêmement élevée et les polaritons devraient devenir des états de rayonnement non-classiques [2]. Il devient même possible d'extraire du rayonnement à partir du vide polaritonique, un effet connu sous le nom d'effet Casimir dynamique [3] qui est similaire au rayonnement Hawking des trous noirs.
La mission du doctorant est de développer un nouveau type de détecteurs quantiques de rayonnement capables de détecter et de compter des photons infrarouges uniques (longuer d'onde ~ 10µm) [4]. Ces détecteurs seront appliqués pour l'étude du régime de couplage ultra-fort lumière-matière dans les dispositifs quantiques. Notre objectif est de détecter le rayonnement Casimir à partir du vide polaritonique et de mettre en évidence les propriétés d'optique quantique des états du polariton, qui n'ont jamais été observées auparavant. Outre la recherche fondamentale, ces détecteurs peuvent trouver de nombreuses applications telles que la spectroscopie en champ proche de nouveaux matériaux bidimensionnels, ainsi que l'étude des propriétés de rayonnement des lasers à cascade quantique moyen infrarouge. Le doctorat l'étudiant concevra et fabriquera des détecteurs, à partir de la modélisation numérique 3D, en passant par le traitement en salle blanche et la caractérisation optique des structures. Elle acquiert non seulement une solide expertise scientifique en physique et dispositifs du solide, en optique quantique, mais aussi en techniques de nanofabrication.
[1] Y. Todorov, et al., Phys. Rev. Lett. 105, 196402 (2010).
[2] M. Artoni and J. L. Birman, Phys. Rev. B 44, 3736 (1991).
[3] C. Ciuti, G. Bastard, and I. Carusotto, Phys. Rev. B 72, 115303 (2005).
[4] T. Ueda and S. Komiyama, Sensors 10, 8411 (2010).

Contexte de travail

Ce projet de thèse est financé par le project ERC UNIQUE attribué à Yanko Todorov de l'équipe QUAD du Laboratoire de Physique de l'Ecole Normale Supérieur, (LPENS). L'objectif du projet est de rendre accessible les phénomènes quantiques spécifiques au régime de couplage lumière-matière ultra-fort dans des dispositifs quantiques à semi-conducteur. Le laboratoire LPENS se situe dans le cœur historique de quartier latin à Paris, et dispose de toute l'infrastructure nécessaire pour le bon déroulement du projet, y compris une centrale technologique. Une information complète sur le laboratoire est accessible sur le site web https://www.lpens.ens.psl.eu/. Une partie de la nano-fabrication est prévue dans la salle blanche du campus des Grandes Moulin à l'Université de Paris (consortium des salles blanches Paris-Centre).

Contraintes et risques

Risques standards liés à la fabrication en centrale technologique (une formation sera dispensée).

Informations complémentaires

https://erc.europa.eu/projects-figures/erc-funded-projects/results?search_api_views_fulltext=todorov

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