H/F - Thèse"Ingénierie du couplage lumière-matière dans des structures hybrides nanophotoniques/matéria

Sujet de thèse :
Cette proposition de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet collaboratif financé par l’ANR entre l’INL de Lyon et le laboratoire CINTRA (IRL) à Singapour.

Contexte :
La micro-nanophotonique vise à contrôler la lumière à des échelles comparables à sa longueur d’onde, ouvrant la voie à des avancées majeures en information quantique, en capteurs et en énergie. Dans ce domaine, les dichalcogénures de métaux de transition (TMD), tels que WS₂, WSe₂ et MoS₂, se distinguent par leurs propriétés optiques exceptionnelles : sous forme de monocouches, ils présentent un gap direct et des excitons fortement liés, stables à température ambiante.
Leur intégration dans des structures photoniques permet de renforcer les interactions lumière-matière et de concevoir des dispositifs optiques actifs. En particulier, les cristaux photoniques offrent un contrôle fin de la propagation de la lumière grâce à leur structuration périodique, bien au-delà des microcavités classiques.
La combinaison des TMD et des cristaux photoniques constitue ainsi une plateforme prometteuse en ouvrant des perspectives significatives pour explorer la physique du couplage fort et développer des dispositifs polaritoniques de nouvelle génération pour la photonique quantique et intégrée.

Objectifs et méthodologie :
Cette thèse vise donc à étudier expérimentalement le couplage entre des matériaux TMD (monocouches de WS₂ et WSe₂, ainsi que des bicouches à base de MoS₂) et des cristaux photoniques. L’objectif principal est la réalisation d’un laser polaritonique à température ambiante reposant sur le couplage entre les excitons des TMD et des modes de cristaux photoniques conçus (par exemple bandes plates dans les structures moirés, ou résonances à haut facteur de qualité, telles que les états liés dans le continuum).
Ce projet comporte des défis importants tant en fabrication qu’en caractérisation :
Nanofabrication : Développement de structures photoniques multicouches intégrant des TMD, nécessitant un contrôle précis de la qualité des matériaux, de la fabrication des cristaux photoniques et des procédés de transfert sans dégradation des propriétés optiques. Ce travail s’appuiera sur la plateforme Nanolyon de l’INL (2 salles blanches) et sur une collaboration avec le laboratoire CINTRA (Singapour).
Caractérisation optique : Étude expérimentale du couplage lumière-matière par spectroscopie optique. Des techniques en champ lointain et en champ proche seront utilisées afin de caractériser pleinement les modes optiques et les distributions de champ électromagnétique.
Simulations numériques : Des méthodes telles que RCWA, FEM et FDTD permettront de soutenir la conception des structures photoniques et de guider les paramètres expérimentaux.

Plan de recherche :
Le doctorant ou la doctorante rejoindra l’équipe i-Lum à l’INL. Après une phase initiale de formation bibliographique et technique, les travaux se concentreront sur l’optimis
Voir plus sur le site emploi.cnrs.fr...