Étudiez les défauts quantiques dans les matériaux 2D grâce à la microscopie optique cohérente ultrarapide – France

Contexte scientifique. Les émetteurs quantiques dans des matériaux en couches semi-conducteurs bidimensionnels (2D) se développent rapidement et constituent l’un des éléments de base les plus prometteurs pour les technologies quantiques de nouvelle génération [1,2,3]. De plus, ces systèmes qbits présentent un grand intérêt pour les expériences fondamentales d’optique quantique. En effet, ces défauts optiquement actifs ou excitons confinés héritent de propriétés exceptionnelles de leurs hôtes 2D, qui présentent une grande flexibilité mécanique, une intégration facile dans des puces photoniques et une capacité à être empilés avec d’autres matériaux 2D (2DM) pour former des architectures de dispositifs innovantes.

Projet de doctorat. Au sein de l’équipe, des progrès importants ont été réalisés d’une part concernant le traitement et l’identification des défauts radiatifs dans le nitrure de bore hexagonal [6], et d’autre part, dans le développement d’une expérience de pointe combinant microscopie optique et non ultrarapide. -spectroscopie cohérente linéaire (voir fig.). Ce dernier permet de sonder optiquement et de manipuler des superpositions quantiques d’états au niveau d’un système unique avec une résolution spatiale (~ 500 nm) et temporelle (100 fs) [4,5]. Dans ce contexte, nous recherchons un étudiant motivé pour étudier l’interaction lumière-matière médiée entre des défauts radiatifs ou des excitons confinés dans des hôtes 2D, couplés à des nanostructures photoniques, afin d’adapter leurs propriétés optiques. Le projet de thèse comporte de multiples aspects. 1) Synthèse de matériaux 2D de nouvelle génération. 2) Caractérisation statique des émetteurs quantiques par spectroscopie de micro-photoluminescence, allant de la cryogénie à la température ambiante. 3) Etude des propriétés quantiques à l’aide de l’expérience résolue en temps de pointe mentionnée ci-dessus. 4) Compréhension et modélisation des mécanismes de décohérence de systèmes excitoniques confinés entourés d’environnements photoniques et cristallins 2D.

Possibilité de financement. Cette proposition de recherche fait partie des sujets de thèse prioritaires à l’école doctorale 182 de Strasbourg. D’autres sources de financement de doctorat, basées sur les bourses de PI, peuvent également être envisagées.

[1] I. Aharonovitch, ; Toth, M. Émetteurs quantiques en deux dimensions. Sciences 358 (6360), 170-171 ( 2017 ) .

[2] A. Kubanek. Émetteurs quantiques cohérents dans le nitrure de bore hexagonal. Adv Quantum Tech 5 (9), 2200009 ( 2022),

[3] Vasconcellos et al. Émetteurs de photons uniques dans des matériaux de Van Der Waals en couches. Physica Statut Solidi (b) ( 2022 ).

[4] F. Fras et al. Contrôle cohérent multi-ondes d’un émetteur unique à l’état solide. Nature Photonique 10, 155-158 (2016).

[5] D. Wigger et al. Explorer la cohérence des excitons individuels dans les points quantiques InAs. Phys . Rév. B 96, 165311 (2017)

[6] M. Islam et al. Analyse statistique à grande échelle de l’émission de défauts dans le hBN : révélation des familles spectrales et influence de la morphologie des flocons. http://arxiv.org/abs/2309.15023 (2023) .

Catégorie de financement : Contrat doctoral

Pays du doctorat : France