Doctorat de 3 ans en réponse optique non linéaire ultrarapide et dynamique des films minces 2D – Marseille , France

PROFIL CHERCHEUR :  PhD/ R1 : Chercheur premier cycle             

DOMAINE(S) DE RECHERCHE1 : Physique

PRINCIPAL SOUS-DOMAINE OU DISCIPLINES DE RECHERCHE1 : Optique, Optique non linéaire, Couches minces

DESCRIPTION DU TRAVAIL/OFFRE 

Les films minces bidimensionnels sont bien connus pour leurs non-linéarités optiques élevées. Pour cette raison, ils sont actuellement les meilleurs candidats pour le verrouillage de mode des systèmes laser.1 Récemment, au cours de deux thèses de doctorat, nous avons optimisé les couches Sb2Te3 et Bi2Se3 pour obtenir une absorption non linéaire significative. Plus précisément, le comportement d’absorption saturable obtenu était le plus élevé jamais rapporté dans le domaine de l’optique non linéaire par des techniques expérimentales similaires.2-5

Ces non-linéarités optiques élevées émanent du caractère topologique isolant des couches qui peut être observé dans les structures 2D. Cependant, la relation entre les caractéristiques structurelles des isolants topologiques et leurs non-linéarités optiques n’est pas encore suffisamment explorée. L’objectif de la thèse est de faire la lumière sur les origines des propriétés optiques non linéaires des isolants topologiques 2D (comme Sb2Te3, Bi2Te3 et Bi2Se3). Cela permettra de mieux comprendre les mécanismes physiques à l’origine de la réfraction et de l’absorption non linéaires des films minces. Les objectifs de la thèse sont les suivants :

• Objectif 1 : Dépôt et préparation de couches minces. Les films minces seront déposés par la technique de dépôt par faisceau d’électrons disponible dans une installation moderne établie à l’Institut Fresnel (Espace Photonique). Une cristallisation optimale des couches minces est nécessaire afin d’améliorer les non-linéarités optiques. Ceci est actuellement réalisé par notre groupe en chauffant les films minces dans un four. Au cours de cette thèse, un nouveau dispositif expérimental sera construit, qui permettra un recuit de plus grande précision en utilisant un laser femtoseconde à haut taux de répétition. 
• Objectif 2 : Etudes d’optique non linéaire. Les couches 2D déposées et optimisées seront étudiées grâce à la technique Z-scan, déjà existante à l’Institut Fresnel. Pour ces études, un système laser femtoseconde sera utilisé. Il s’agit d’un laser hybride (cristal/fibre) à mode verrouillé passif délivrant des impulsions d’une durée de 400 fs à 1030 nm. L’oscillateur fournit des impulsions à un taux de répétition de 40 MHz. Un amplificateur optique paramétrique a été très récemment installé à la sortie du laser femtoseconde, qui permettra d’ajuster la longueur d’onde du laser sur les parties UV, visible et IR du spectre (200 nm à 2,5 μm). Il s’agit d’un système laser idéal pour la thèse, car il permettra d’étudier l’impact du taux de répétition (accordable entre 1 Hz et 40 MHz), de la longueur d’onde et de la durée de l’impulsion (cette dernière peut être ajustée de 80 fs à 20 ps) sur les réponses optiques non linéaires. 
• Objectif 3 : Dynamique ultrarapide des couches 2D. Une compréhension plus approfondie de l’interaction laser-matière sera obtenue grâce à une étude approfondie de la dynamique des porteurs des isolants topologiques lors de leur excitation par la lumière. Pour cette raison, un dispositif de spectroscopie optique pompe-sonde sera construit par le doctorant. En bref, les impulsions de pompe à énergie plus élevée permettront de générer des porteurs photo-excités, tandis que les impulsions de sonde moins intenses détecteront le changement de transmission de l’échantillon. Ces études permettront une étude précise de plusieurs délais différents entre les impulsions de la pompe et de la sonde. 
• La combinaison de ces deux approches permettra de retrouver la dépendance spectrale complète des isolants topologiques étudiés et de comprendre les interactions photons/électrons sous-jacentes.

Outre les investigations optiques non linéaires, l’étudiant participera à toutes les étapes expérimentales nécessaires à l’obtention de non-linéarités optiques géantes. Cette procédure comprend le dépôt de couches minces, le recuit, les études de diffraction des rayons X (DRX), les études par microscopie électronique à balayage (MEB) et les investigations par microscopie à force atomique (AFM).

Bibliographie:

1) M. Kowalczyk et al. Matériaux optiques Express 6, 2273-2282 (2016).

2) R.-N. Verrone et coll. ACS Nanomatériaux appliqués 3, 7963-7972 (2020).

3) C.Moisset et al. Adv. à l’échelle nanométrique. 2, 1427-1430 (2020)

4) A. Karimbana-Kandy et al. Matériaux optiques 143, 114211 (2023). 

5) A. Karimbana-Kandy et al. « Non-linéarités optiques dépendantes de la durée d’impulsion des films minces Bi2Se3 » accepté dans Optics Express (2023).

TYPE DE CONTRAT :  TEMPORAIRE / STATUT D’EMPLOI :  TEMPS PLEIN     

DATE LIMITE DE CANDIDATURE :  31/03/2024 00:00 

DATE DE DEBUT ENVISAGEE :  01/09/2024

DURÉE ENVISAGÉE : 36 mois

EMPLOI NON FINANCÉ PAR UN PROGRAMME-CADRE DE RECHERCHE DE L’UE

COMMENT POSTULER :  konstantinos.iliopoulos@fresnel.fr

LIEU(S) DE TRAVAIL :  Institut Fresnel, 52 Av. Escadrille Normandie Niémen, 13013 Marseille, France

CE QUE NOUS OFFRONS :  Salaire

Informations complémentaires : Le Centre Euraxess d’Aix-Marseille Université informe les professeurs, chercheurs, postdoctorants et doctorants étrangers invités sur les démarches administratives à entreprendre avant leur arrivée à AMU et les différentes formalités pratiques à accomplir une fois en France : visas et conditions d’entrée. , assurances, aide à la recherche d’un logement, accompagnement à l’ouverture d’un compte bancaire, etc. Plus d’informations sur  le portail AMU EURAXESS

QUALIFICATIONS, DOMAINES DE RECHERCHE REQUIS, NIVEAU D’ÉDUCATION REQUIS, COMPÉTENCES PROFESSIONNELLES, AUTRES EXIGENCES DE RECHERCHE

Le candidat doit avoir une solide expérience en optique/optique non linéaire.

DOCUMENTS DE DEMANDE DEMANDÉS, CRITÈRES D’ÉLIGIBILITÉ, PROCESSUS DE SÉLECTION

CV, notes, lettre de motivation