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Thèse de doctorat (H/F) : Génération microonde et Terahertz par mélange non-linéaire et photo-mélange dans les hétéro-structures semi-conductrices III-V

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

Date Limite Candidature : mardi 11 mai 2021

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Informations générales

Référence : UMR8520-STEBAR-001
Lieu de travail : VILLENEUVE D ASCQ
Date de publication : mardi 20 avril 2021
Nom du responsable scientifique : Stefano Barbieri
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 30 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les hétéro-structures semi-conductrices à multi-puits quantiques (multi-quantum-well - MQW) à base de matériaux III-V, possèdent une susceptibilité non-linéaire d'ordre 2 associée aux transitions électroniques inter-sous-bande, de plusieurs ordres de grandeur plus élevée par rapport à tout autre système en matière condensée [1]. Ceci en fait l'un des matériaux non-linéaires privilégiés pour certaines applications, notamment pour la génération de rayonnement sub-mm et Térahertz (THz) par mélange de fréquences [2].
Une autre technique très efficace pour la génération de ces fréquences est le photo-mélange [3]. Récemment, nous avons exploité cette dernière en insérant une hétéro-structure MQW dans une matrice de résonateurs à base d'antennes patch, connectée à une ligne coplanaire micro-onde (voir la figure) [4]. Avec ce dispositif nous avons démontré la génération de micro-ondes jusqu'à 70 GHz par photo-mélange de deux lasers à cascade quantique moyen infrarouge [4].
Dans la première partie de ce projet, nous envisageons d'exploiter le même type de structure pour la génération de micro-ondes par mélange non-linéaire dans des puits quantiques asymétriques [1]. En effet, le dispositif montré dans la figure fournit un système idéal pour effectuer une comparaison directe entre la génération non-linéaire et le photo-mélange dans les systèmes inter-sous-bande, ce qui fait encore défaut dans la littérature. Dans la deuxième partie du projet, on vise la génération de rayonnement sub-mm et THz par ces deux techniques de mélange, à partir de photons moyen infrarouge. À cette fin, nous couplerons la matrice de résonateurs avec une antenne THz qui rayonne directement en espace libre.

[1] E. Dupont et al. IEEE J. Quantum Electron. 42, 1157 (2006)
[2] K. Fujita et al., Nanophoton. 7, 1795 (2018)
[3] S. Preu et al., J. Appl. Phys. 109, 061301 (2011)
[4] M. Hakl, et al., ACS Photon. 8, 464 (2021)

Contexte de travail

Les travaux seront menés au sein du groupe THz-Photonics du laboratoire IEMN. Le groupe a une longue expérience de conception et réalisation de dispositifs optoélectroniques THz, et est entièrement équipé pour la fabrication et la caractérisation des dispositifs réalisés dans ce projet. L'équipement comprend des instruments électroniques de pointe pour les micro-ondes et les ondes mm / sub-mm, ainsi que différentes sources, détecteurs et spectromètres moyen infrarouge. Le laboratoire héberge une salle blanche de 1500 m2 avec des bâtis de croissance et de fabrication à la pointe de la technologie. L'IEMN est situé à Lille, la capitale des Flandres françaises, une ville dynamique, située à 50min de train de l'aéroport Paris-CDG.

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