Description du sujet de thèse

La photonique intégrée est étudiée pour une large gamme d'applications telles que l'optique intégrée pour les télécommunications, la détection biologique ou de gaz pour l'environnement, ou la cryptographie quantique. Afin de miniaturiser et de densifier les circuits photoniques, de nombreux dispositifs optiques doivent être intégrés ensemble de manière efficace et sans diaphonie. Pour réussir cette intégration, des isolateurs ou des circulateurs intégrés performants, qui nécessitent tous deux une transmission non réciproque de la lumière, sont nécessaires mais ne sont pas encore disponibles. En effet, leur réalisation reste un défi majeur.
La transmission non réciproque la plus efficace dans les guides d'ondes planaires est basée sur l'effet Kerr Magnéto-Optique Transverse (TMOKE) à l'interface entre une couche de matériau MO et le guide d'ondes. Cependant, l'effet MO reste souvent perturbatif et insuffisant. Plusieurs approches d'intégration hybride dans des plateformes photoniques visent à améliorer les propriétés non réciproques des MO. Une structure particulièrement prometteuse a été proposée et démontrée numériquement par l'équipe Cimphonie (C2N) en 2021. Le principe, appelé magnéto-biplasmonique, explore le TMOKE amélioré à la fois par les plasmons-polaritons de surface et le couplage des modes dans un guide d'ondes à fente. Le TMOKE induit une asymétrie des profils des modes couplés, qui dépend de la direction de propagation : l'énergie optique transportée par ces modes ne suit pas le même chemin dans les directions aller et retour. Cette propriété est utilisée pour réaliser une transmission optique non réciproque.
Ce nouveau principe constitue une innovation importante dans le domaine de la non-réciprocité : pourtant, il n'a été décrit que théoriquement et aucune démonstration expérimentale n'a encore été réalisée. Ce concept sera développé dans le cadre du projet Horizon Europe PathfinderOpen CIRCULIGHT à partir de 2024 afin de démontrer un circulateur magnéto-biplasmonique.
Dans ce contexte, l'objectif principal de la thèse est de démontrer expérimentalement l'effet magnéto-biplasmonique, en utilisant et en adaptant un microscope à balayage et à champ proche (SNOM). Un SNOM commercial est disponible dans l'équipe d'accueil, et sera développé et adapté dans le cadre de la thèse afin de caractériser les dispositifs magnéto-plasmoniques guidés.

Contexte de travail

La thèse se déroulera au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, qui est une unité mixte du CNRS et de l'université Paris-Saclay (https://www.c2n.universite-paris-saclay.fr/en/). Avec un effectif total de 346 personnes, il comprend 109 chercheurs et 72 ingénieurs et techniciens travaillant dans quatre départements scientifiques, une plate-forme (nano-)technologique de 18 000 m² et trois plates-formes d'expertise. Le département Photonique est le plus important avec un total de 180 chercheurs et étudiants. La thèse au sein du groupe CIMPHONIe (Component Integration : Magneto-PHotonics and plasmoNIcs) du département Photonique du C2N, et se déroulera dans le cadre du projet européen Horizon Europe CIRCULIGHT, qui inclut neuf partenaires européens. .

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Informations complémentaires

La nouvelle technologie envisagée dans CIRCULIGHT constituera une percée dans les capacités des circuits intégrés photoniques (PIC), avec un impact sur un large éventail d'applications à forte valeur économique et sociétale. Elle jettera les bases d'une nouvelle classe de PIC hautement fonctionnels, miniaturisés et consommant peu d'énergie, et pouvant être fabriqués à faible coût, contribuant ainsi de manière significative à la protection de l'environnement et à la qualité de vie qui en découle. L'élément essentiel qui sera créé dans le cadre de ce projet est un circulateur optique intégré, qui protège les fonctions intégrées actives et passives les unes des autres, distribue la lumière entre elles et permet enfin l'intégration à très grande échelle de composants photoniques au sein d'architectures PIC diversifiées. La réalisation pratique d'une telle structure constituera une première mondiale et une percée dans la technologie PIC.
Le progrès technologique décisif de CIRCULIGHT est basé sur un matériau sol-gel composé de nanoparticules magnéto-optiques (MO) et sur l'effet magnéto-biplasmonique (MBP), qui permettra l'insertion monolithique de circulateurs sur n'importe quelle plateforme photonique. Dans le cadre du projet, une démonstration sera faite sur deux d'entre eux, basés respectivement sur l'InP et le Si, fonctionnant à 1,3 ou 1,5 µm. Alors que les fonderies PIC s'appuient sur des technologies spécifiques et indépendantes, notre solution contournera ces spécificités, grâce à une intégration universelle de matériaux fonctionnels. De plus, notre approche interdisciplinaire est basée sur l'analyse de l'environnement.