Contexte
Cette thèse s’inscrit dans le contexte général de la micro-nano-photonique qui utilise les avancées technologiques pour structurer la matière à petite échelle afin de contrôler le comportement des photons dans des objets dont les dimensions sont de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde. Cette démarche a rencontré un franc succès ces vingt dernières années et a permis des avancées majeures dans de nombreux domaines d’applications tels que les technologies de l’information, les capteurs pour la santé et l’environnement ou la production d’énergie.
Les motifs de moirés sont des structures de super-réseau qui apparaissent lorsque deux réseaux (avec une orientation ou une période différente) sont superposés. Ce phénomène bien connu en optique classique, a été récemment exploité dans le domaine de la matière condensée. En particulier, des effets fascinants sont prévus lorsque l’effet moiré est obtenu à partir de deux feuillets de graphène superposés et twistés : en fonction de l’angle formé par les feuillets, des études montrent que le transport des électrons peut être complètement modifié et conduire à un phénomène de superconductivité pour des angles « magiques ».
Dans le domaine de la nanophotonique, des effets tout aussi étonnants sont attendus à partir de moirés formés par la superposition de cristaux photoniques membranaires. Objets
emblématiques de la nanophotonique, les structures à base de cristaux photoniques sont actuellement une plateforme reconnue pour contrôler les propriétés de la lumière comme le confinement ultime de l’énergie électromagnétique, la vitesse de propagation des photons, la nonlinéarité. L’équipe I-Lum de l’INL possède une expertise parfaitement établie dans ce domaine. En particulier, les chercheurs de l’INL ont récemment démontré que, dans les cristaux photoniques, l’exploitation de brisures de symétries, présentes aussi dans les moirés, permettait de façonner à volonté la relation de dispersion des photons, ouvrant ainsi la voie à une maîtrise inégalée des densités d’états optiques.
Objectifs de la thèse
L’objectif principal de cette thèse consiste à développer et appliquer les concepts de moirés photoniques pour fabriquer des super-réseaux de micro-résonateurs dans lesquels les photons pourront être « stockés » efficacement. Ces super-réseaux pourront être utilisés pour former les cavités résonantes de nouvelles sources de lumière (lasers monomodes grande surface par exemple).
Programme de recherche et démarche scientifique proposée
Le ou la doctorant·e sera accueilli·e au sein de l’équipe i-Lum de l’INL. Après un début de thèse consacré à l’étude bibliographique, à l’appréhension des concepts photoniques, ainsi qu’à la prise en main des différents outils expérimentaux nécessaires à la bonne marche du projet, le/la doctorant(e) aura tout particulièrement la charge d’optimiser les différentes étapes technologiques nécessaires à la fabrication des structures moirés. Il/elle sera amené(e) à tester et à évaluer les différentes voies de fabrication 3D afin de sélectionner celle(s) permettant l’obtention de structures photoniques fonctionnelles. Cette évaluation passera par la caractérisation optique des structures, à la fois en champ lointain et en champ proche, sur divers bancs optiques disponibles au laboratoire. Le/la doctorante pourra s’appuyer sur l’expertise reconnue de l’équipe i-Lum dans le domaine des structures à base de cristaux photoniques, ainsi que sur les moyens de la plateforme de technologie Nanolyon.
Le/la candidat·e
Le ou la candidat·e doit avoir des connaissances solides en science de la matière et/ou en électromagnétisme, avec une forte motivation pour les travaux technologiques et expérimentaux.
La date limite de candidature est fixée au 18 mai 2021
