Poste doctoral (H/F) – Photonique quantique des super-réseaux de Moiré à l’échelle atomique (AQMÉ)

Le projet sera réalisé à l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg au sein d’une étroite collaboration impliquant l’équipe Nano Optique et Matériaux de Basse Dimension ( https://fcbg.team ) et l’équipe STM ( https:// www-ipcms.u-strasbg.fr/stmipcms/ ). Ces deux équipes comprennent actuellement cinq permanents, deux ingénieurs, 4 doctorants, 2 postdocs et plusieurs stagiaires MSc. En complément du sujet décrit ci-dessus, nous développons des activités très complémentaires sur l’opto-électro-mécanique des matériaux 2D, les matériaux magnétiques 2D (magno-opto-mécanique), la photonique à l’échelle atomique et le magnétisme. Nous interagissons avec plusieurs ingénieurs et techniciens du laboratoire et sommes des utilisateurs réguliers de la plateforme de nanofabrication STnano, où nous assemblons des hétérostructures de van der Waals et fabriquons des nano-résonateurs 2D. Dans le cadre d’un axe thématique transversal, nous collaborons activement avec plusieurs collègues de l’IPCMS et hors laboratoire (ISMO à Paris-Saclay, CESQ/ISIS à Strasbourg, LNCMI-Grenoble, LPCNO à Toulouse, Uni. Luxembourg, La Sapienza à Rome, EMPA Dübendorf, etc.). La thèse bénéficiera naturellement des synergies locales et de notre réseau de collaborations.
Par ailleurs, l’étudiant recruté pourra avoir l’opportunité d’effectuer une mission d’enseignement complémentaire à la Faculté de Physique et d’Ingénierie (PHI) de Strasbourg. Il aura également l’opportunité de rejoindre notre institut thématique interdisciplinaire QMat (Sciences Quantiques et Nanomatériaux), ce qui lui permettra de s’intégrer rapidement dans la communauté des doctorants strasbourgeois, ainsi que de bénéficier d’un soutien financier pour participer à des événements scientifiques en France. et à l’étranger.

A propos de l’IPCMS :
L’IPCMS est une JRU (Unité Mixte de Recherche) entre le CNRS et l’Université de Strasbourg, forte de 30 ans d’histoire en tant qu’institution scientifique de premier plan à l’interface entre la physique de la matière condensée, les sciences des surfaces, l’optique, les sciences des matériaux et chimie.
Les domaines d’expertise les plus reconnus de l’IPCMS sont la conception et la fabrication de systèmes moléculaires et nanostructurés ou auto-organisés, le nano-magnétisme et le couplage magnéto-électrique, la spintronique, la nano-électronique et l’optoélectronique, les procédés ultra-rapides à matière condensée, les basses températures. techniques de microscopie en champ proche et microscopie électronique à transmission. Les applications couvrent principalement les nouveaux matériaux pour les technologies de l’information, la santé et l’énergie.
Le laboratoire s’inscrit dans un contexte régional transfrontalier d’excellence scientifique dans lequel il joue un rôle structurant avec de nombreuses collaborations européennes et internationales.
L’IPCMS est un partenaire clé d’un Institut thématique interdisciplinaire (ITI) récemment financé sur la science quantique et les nanomatériaux à l’Unistra (QMat). QMat associe une école doctorale internationale et un financement de recherche qui offriront de nombreuses opportunités aux doctorants (enseignement, tutorat, réseautage). Ateliers de pointe (mécanique, électronique), calculateurs, plateformes de caractérisation (microscopie électronique, microscopie à force atomique, caractérisation de surfaces) et salle blanche (STnano) composent un environnement idéal et stimulant pour effectuer des recherches de pointe sur les matériaux 2D.

La recherche d’hétérostructures de basse dimension dotées de nouvelles propriétés quantiques est l’une des directions de recherche les plus actives en physique de la matière condensée. Dans ce contexte, la large palette de matériaux 2D et le degré de liberté de « torsion » entre les couches 2D offrent des possibilités infinies pour concevoir des hétérostructures de Van der Waals (vdW) [1]. Ces systèmes présentent des super-réseaux de moiré (Fig. 1a), dans lesquels le potentiel de Coulomb est modulé spatialement à des longueurs d’onde de moiré accordables par torsion (jusqu’à ~ 10 nm) qui dépassent largement le rayon de Bohr (~ 1 nm) des paires électron-trou liées à Coulomb. (c’est-à-dire les excitons). Le superpotentiel de moiré résultant peut être exploité pour adapter les propriétés électroniques et optiques de ces matériaux et, en particulier, pour piéger les excitons [2]. Le rayon de Bohr de l’exciton et la longueur d’onde du moiré définissent les échelles auxquelles la physique des hétérostructures vdW doit être sondée et corrélée à l’environnement à l’échelle nanométrique. Ces échelles sont cependant deux à trois ordres de grandeur inférieures à la résolution des techniques optiques conventionnelles limitées par diffraction, ce qui constitue un obstacle expérimental majeur.

Ce projet de recherche relève le défi souligné ci-dessus et vise à comprendre et contrôler les interactions quantiques lumière-matière dans les hétérostructures vdW avec une résolution spatiale ultime. À cette fin, des hétérostructures vdW conçues par torsion (Fig. 1a, b) seront fabriquées en interne (installation STnano) et étudiées à l’aide d’une configuration de pointe combinant la microscopie à effet tunnel à balayage (STM) à basse température et la spectroscopie optique. ([3] et Fig. 1c). Nous recherchons un candidat possédant une solide formation en physique fondamentale et un goût marqué pour la recherche expérimentale à l’interface entre la physique de la matière condensée, la spectroscopie optique et la photonique quantique. Le candidat assemblera et caractérisera les hétérostructures vdW et effectuera des mesures, des analyses de données et une modélisation basées sur STM. Il/Elle rejoindra une collaboration dynamique entre deux équipes de l’IPCMS.

Références sélectionnées :
[1] N. Wilson et al., Nature 599, 383 (2021) – doi : 10.1038/s41586-021-03979-1
[2] K. Seyler et al., Nature 567, 66 (2019) – est ce que je:10.1038/s41586-019-0957-1
[3] LE Parra Lopez et al., Nature Materials 22, 482 (2023) – est ce que je:10.1038/s41563-023-01494-4 | Communiqué de presse Unistra et CNRS | nouvelles et opinions (doi:10.1038/s41563-023-01514-3) | préimpression : arXiv :2204.14022