Thèse Optique quantique avec des émetteurs de photons uniques dans des dispositifs photoniques hBN (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Les défauts profonds optiquement actifs à l'état solide (ou centres colorés) peuvent être considérés comme des atomes artificiels. Ils suscitent un vif intérêt dans le domaine de l'informatique quantique, en raison de leur potentiel en tant qu'émetteurs de photons uniques et de leur intégration possible dans des nanostructures et des dispositifs. Parmi les exemples emblématiques, on peut citer les centres azote-lacune dans le diamant, qui sont à la base des réseaux quantiques émergents. Au cours des dernières années, les centres colorés dans le matériau 2D qu'est le nitrure de bore hexagonal (hBN) se sont révélés comme d'excellents émetteurs quantiques, ouvrant de nouvelles perspectives d'applications pour les technologies quantiques sur puce.
La thèse de doctorat se déroulera au laboratoire GEMaC (UVSQ/CNRS) situé à Versailles. Au sein de l'axe de nanophotonique quantique, nous avons récemment mis en évidence une nouvelle famille d'émetteurs de photons uniques dans le hBN présentant d'excellentes propriétés en termes de luminosité, de cohérence et de reproductibilité. Ces émetteurs peuvent être créés localement à l'aide d'un faisceau d'électrons dans un microscope électronique à balayage, ce qui nous a permis de démontrer une intégration descendante dans des dispositifs photoniques.
Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de l'ANR débuté en 2025. Ce projet s'appuie sur les récentes démonstrations expérimentales menées par l'équipe d'accueil et ses partenaires du LPENS (ENS Paris) et du LPEM (ESPCI) afin de développer une nouvelle génération de dispositifs photoniques quantiques de type « top-down », basés sur des émetteurs de photons uniques et des détecteurs supraconducteurs intégrés dans des cavités et des guides d'ondes, en vue d'applications dans le domaine de l'information quantique optique.
Dans ce contexte, le projet de thèse consistera en une caractérisation optique et en des expériences d’optique quantique basées sur des sources de photons uniques intégrées dans des dispositifs photoniques monolithiques en hBN, composés d’une microcavité couplée à un guide d’onde. Ces études expérimentales s'appuieront sur la photoluminescence et l'excitation laser résonante, associées à des techniques de comptage de photons et d'interférométrie (par exemple, interférométrie de Hanbury-Brown et Twiss, Hong-Ou-Mandel), ainsi que de spectroscopie. Les résultats permettront d'établir les paramètres de performance pertinents, tels que la cohérence quantique, la brillance et l'indiscernabilité du système couplé émetteur-cavité et seront utilisés au cours du projet pour améliorer la conception et la fabrication des dispositifs. L'objectif final est la démonstration de l'interférence quantique de photons émis par des émetteurs distincts. Les expériences seront réalisées à la fois à température ambiante et à température cryogénique. Le candidat ou la candidate devra également participer à la fabrication d'échantillons, en utilisant des techniques de nanofabrication spécifiques aux matériaux 2D.
Le projet sera mené au sein de l'axe QNP du GEMaC, en collaboration avec les partenaires du projet au LPENS et au LPEM.

Activités
Les principales méthodes expérimentales mises en jeu dans la thèse s’appuient sur la microscopie confocale à température ambiante et à basse température (4K). Les techniques utilisées incluent la photoluminescence, basée sur des lasers impulsionnels et continus (diodes lasers, laser à supercontinuum), des systèmes de comptage de photons de type Hanbury Brown et Twiss, des techniques d’interférométrie et de spectroscopie (Hong-Ou-Mandel, photon correlation Fourier spectroscopy). Une participation à la conception, fabrication et caractérisation de dispositifs nanophotoniques est attendue.

Compétences
-Etre diplômé.e en Master en physique, photonique, technologies quantiques ou dans une discipline apparentée
- Avoir des bases solides en optique quantique expérimentale ou en photonique
- Posséder une expérience dans le domaine de l’optique expérimentale, nanophotonique, spectroscopie ou lasers est apprécié
- Avoir des compétences en programmation pour l'acquisition et l'analyse de données (Python)
- Porter un intérêt pour les technologies quantiques et les émetteurs quantiques à l'état solide.
- Avoir une forte motivation pour la recherche expérimentale, d'autonomie, de curiosité scientifique et de rigueur. De bonnes compétences en communication et une maîtrise de l'anglais sont requises.

Votre Environnement de Travail

Le GEMaC UMR8635 CNRS/UVSQ réalise et/ou étudie des matériaux ayant des propriétés nouvelles. Cela nécessite des compétences en synthèse de matériaux, caractérisations avancées, études des propriétés physiques ainsi qu’en modélisation et description théorique. Le développement instrumental est également une part importante de son activité.
Le GEMaC compte environ 45 personnes pour 3 axes thématiques dont l'axe NPQ (QNP), 1 plateau technique et 2 services communs.

L’activité de l’axe NPQ s’inscrit dans le cadre de la nanophotonique. Nous nous intéressons tout d’abord à des nanosources de lumière :
- nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux à base de CdSe, à l’échelle de l’objet individuel ou auto-assemblés en agrégats
- centres colorés dans des nanostructures de semiconducteurs à grand gap (hBN, ZnO, SiC)
- pérovskites hybrides de basse dimension.
Nous examinons aussi leur couplage à des structures photoniques, en particulier plasmoniques dont les modes de résonance sont confinés sur des distances de quelques nanomètres.
L'équipement et les dispositifs expérimentaux pour les expériences d’optique quantique (lasers, cryostats, détecteurs sensibles, spectromètres…) sont déjà en place. Les adaptations attendues seront financées par le projet ANR.
Les formations seront en particulier financées via le plan spécifique de formation de l'unité. Les missions seront financées par le projet ANR.
Sur un plan général, le doctorant ou la doctorante appliquera le règlement intérieur du laboratoire. Des formations sécurité sont prévues en interne.

Contraintes et risques

Le poste est soumis aux risques laser et cryogénique. Des formations spécifiques sont prévues.

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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