Thèse - Conception et Réalisation de Structures Nanophotoniques pour le Couplage d'Émetteurs Individuels et la Génération de Sources à Haute Luminosité H/F - CNRS

Description du Poste Sujet De Thèse Les émetteurs de lumière, particulièrement ceux destinés à l'affichage ou a des applications mobiles, font l'objet de travaux intensifs afin d'améliorer leur efficacité et leur compacité, donc leur luminosité. Parmi les approches étudiées, une voie consiste à susciter des effets collectifs entre sources lumineuses localisées, de telle sorte que le taux d'émission spontanée d'une collection d'émetteurs soit plus élevé que celui des émetteurs individuels (théoriquement jusqu'à N fois, où N est le nombre d'émetteurs [1]). Ainsi, dans le cas d'émetteurs astucieusement couplés, l'intensité émise peut être fortement augmentée, d'un facteur N² dans le cas idéal. Ce phénomène, appelé super-radiance, a été observé ces dernières années dans divers milieux, gazeux puis solides, tels que boites quantiques semi-conductrices (inorganiques [2] ou en pérovskites halogénées [3]) et des matrices dopées de terres-rares [4]. Il est par ailleurs fondamentalement quantique et nécessite dans ces milieux homogènes, en plus de la préservation de la cohérence des émetteurs, de faibles distances entre émetteurs. Des approches nanophotoniques permettent de dépasser cette limitation. C'est particulièrement le cas des métasurfaces optiques (milieux d'épaisseur de l'ordre de la longueur d'onde de la lumière, en général nanostructurés), qui peuvent assister les effets collectifs entre émetteurs, car elles permettent de contrôler la distribution spatiale de la phase et la polarisation de la lumière. Plus particulièrement, le régime « Zero Index Metamaterial » (ZIM) situé à des points de Dirac dans l'espace E(k) doit permettre de coupler des émetteurs en phase sur une large surface [5].Ce travail de thèse bénéficiera de la collaboration avec l'IRL CNRS-NTU-Thalès CINTRA dans le cadre du projet ANR SUPER HERO.Objectifs de la thèse :Il s'agira ainsi de concevoir, fabriquer et caractériser des métasurfaces couplées à des émetteurs de lumière, favorisant des effets collectifs entre émetteurs tels que la superradiance.La conception s'appuiera sur des outils de simulation électromagnétiques existant à l'INL (RCWA et FDTD) et visera à générer des modes optiques dans les domaines visible et/ou-proche IR, propres à contrôler le taux d'émission spontanée des dipôles émetteurs (effet Purcell), mais aussi de synchroniser ces dipôles grâce aux modes de type ZIM. Le/la doctorant.e contribuera ensuite à la réalisation de structures d'étude sur la plateforme Nanolyon de l'INL, notamment via le dépôt de couches minces par dépôt en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), puis leur structuration par nanolithographie par faisceau d'électrons, et le cas échéant par nanoimpression, puis par gravure plasma. Les modes optiques de ces structures d'étude seront ensuite caractérisés optiquement en utilisant les outils de spectroscopies disponibles à l'INL. Les milieux actifs émetteurs de lumière seront intégrés sur ces métasurfaces par les partenaires de CINTRA, ou seront préparés par d'autres collaborateurs et intégrés à l'INL. Dans le premier cas, il s'agira en particulier de moirés de pérovskites halogénés, ce qui permettra d'exploiter des dipôles émetteurs séparés par des distances ajustables. Dans le second cas, des nanoparticules de pérovskites halogénées ou des matériaux dopés aux terres rares pourront être exploités. Le/la doctorant.e participera par ailleurs à la caractérisation et à l'étude expérimentale des structures réalisées. Des campagnes de photoluminescence (PL) ou de PL résolue en temps permettront de caractériser et de quantifier les effets collectifs obtenus. Profil du candidat :Le/la candidat.e doit avoir des bases solides d'Optique, de Nanophotonique, et de Physique des solides. Il/elle doit aussi avoir une première expérience en nanophotonique et/ou en technologie en salle blanche (technologie couches minces, micro-nanofabrication), avec une forte motivation pour les travaux expérimentaux. Un intérêt pour la simulation électromagnétique sera de plus fortement apprécié.Références bibliographiques :1. R. H. Dicke, Phys. Rev. 93, 99-110 (1954).2. P. Tighineanu, C. L. Dreeßen, C. Flindt, P. Lodahl, and A. S. Sørensen, Phys. Rev. Lett. 116, 163604 (2016)3. G. Rainò, M. A. Becker, M. I. Bodnarchuk, R. F. Mahrt, M. V. Kovalenko, and T. Stöferle, Nature 563, 671-675 (2018)4. K. Huang, K. K. Green, L. Huang, H. Hallen, G. Han, and S. F. Lim, Nat. Photonics 16, 737(2022)5. O. Mello, Y. Li, S. A. Camayd-Muñoz, C. DeVault, M. Lobet, H. Tang, M. Lonçar, and E. Mazur, Applied Physics Letters 120, 10.1063/5.0062869 (2022) Votre Environnement de Travail L'Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL) a pour vocation de développer des recherches technologiques multidisciplinaires dans le domaine des micro et nanotechnologies et de leurs applications. Les recherches menées s'étendent des matériaux aux systèmes. Le laboratoire s'appuie sur la plate-forme technologique lyonnaise NanoLyon.Les domaines d'application couvrent de grands secteurs économiques : l'industrie des semiconducteurs, les technologies de l'information, les technologies du vivant et de la santé, l'énergie et l'environnement.Le laboratoire est multi-sites avec des localisations sur les campus d'Ecully et de Lyon-Tech La Doua. Il regroupe environ 200 personnes dont 121 personnels permanents. L'INL est un acteur majeur du Pôle de Recherche et d'Enseignement.Ce poste se situe dans un environnement innovant, à la pointe des technologies du futur, dans des secteurs stratégiques applicatifs. Rémunération et avantages Rémunération La rémunération est de 2300,00 € brut 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 Référence de l'offre UMR5270-SYLGON-074 Section(s) CN / Domaine de recherche Micro- et nanotechnologies, micro- et nanosystèmes, photonique, électronique, électromagnétisme, énergie électrique 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. Le CNRS Les métiers de la recherche