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Recrutement et stages
Propositions de thèse et stages de M2
Génération de photons jumeaux dans des Microcavités de Semiconducteurs
Projet scientifique : L’oscillation paramétrique optique (OPO) est un mécanisme non-linéaire qui permet la génération d’une onde « signal » et d’une onde « complémentaire » à une fréquence différente de celle de l’onde « pompe » injectée dans le système. La conversion paramétrique est par exemple utilisée pour générer des photons jumeaux ou intriqués utiles en optique quantique, notamment en cryptographie quantique. Les développements rapides dans le domaine de l’information quantique nécessitent de nouvelles sources intégrées, monolithiques, permettant une injection électrique et facilitant le couplage aux fibres optiques. Durant la dernière décennie, de nombreux efforts ont été faits pour le développement d’OPOs tout semiconducteurs. Néanmoins, à l’heure actuelle, les OPO opérationnels reposent toujours essentiellement sur l’excitation de cristaux non-linéaires placés dans des cavités complexes et pompés par de puissants lasers externes. A l’inverse de son cousin le Laser, qui se décline désormais sous forme entièrement solide et intégrée comme les diodes Lasers ou les VCSELs (vertical cavity surface emitting laser), l’OPO n’existe pas encore sous forme de nanostructure. Un tel outil constituerait une avancée pratique importante dans le domaine de la cryptographie quantique, la métrologie ou plus loin de nous l’informatique quantique.
Le Laboratoire Pierre Aigrain a développé une structure nanostructure monolithique présentant certaines analogies avec un VCSEL et les mêmes avantages pratiques. Il s’agit d’une structure à deux cavités en couplage faible. Chacune des cavités est formée de miroirs de Bragg à base de semiconducteurs (AlGaAs/GaAs) et contient un ou plusieurs puits quantiques. Le système forme un oscillateur paramétrique optique triplement résonnant adapté à la génération de photons jumeaux.
Le stage proposé consiste à étudier les propriétés de cohérence et la statistique quantique des faisceaux de photons jumeaux générés grâce à ce dispositif pour en démontrer le caractère non-classique. On utilisera pour cela les méthodes modernes de l’optique cohérente et non-linéaire. Le travail sera effectué en collaboration avec le LPN (J. Bloch, CNRS, Marcoussis) ainsi qu’avec le LKB (A. Bramati, LKB-Jussieu).
Techniques utilisées : Optique, Optique non-linéaire, Lasers à impulsions courtes (femto/pico seconde), cryogénie, détection synchrone, etc.
Qualités du candidat requises : Connaissances en physique des nanostructures, physique quantique. Compétences en optique expérimentale.
Rémunération éventuelle du stage : OUI, uniquement pour des étudiants non rémunérés par ailleurs et pour une durée de stage supérieure à 2 mois. Possibilité de poursuivre en thèse ? OUI
Contact : Emmanuel Baudin
Photo-détecteurs ultra-sensibles à base de nano-transistors de graphène
Les propriétés optiques des nanotubes de carbone sont très originales, marquées en particulier par des effets excitoniques géants signature de leur caractère unidimensionnel. Des techniques récentes telles la micro-photoluminescence permettent maintenant d’étudier ces objets à l’échelle de la molécule unique. Par ailleurs, ces mêmes nanotubes et leurs cousins les rubans de graphène peuvent être intégrés comme canal dans des dispositifs de type nano-transistor et confèrent à ces derniers des caractéristiques exceptionnelles, grâce en particulier au caractère quasi-balistique du mouvement des électrons. Le laboratoire Pierre Aigrain de l’ENS a développé récemment un sujet de recherche à l’interface entre ces deux thématiques bien implantées au laboratoire : il s’agit de comprendre comment la lumière peut moduler les propriétés électroniques des transistors ou réciproquement comment le fonctionnement microscopique de ces transistors peut générer des signatures optiques spécifiques (luminescence, diffusion Raman...). En particulier, la mesure du spectre des fluctuations de courant à hautes fréquences (GHz) renseigne sur la distribution énergétique des électrons tandis que la mesure de spectres de diffusion Raman renseigne sur le couplage des électrons avec les différents mode de phonons. L’étudiant participera au démarrage de cette activité en s’initiant aux techniques de mesures optiques sur nanotube ou ruban de graphène individuels, aux techniques de nano-fabrication en salle blanche et en participant aux premières mesures électroniques ultra-sensibles à haute fréquence.
Techniques utilisées : Optique, spectroscopie Raman,mesures de transport hyperfréquences, cryogénie, détection synchrone, etc.
Qualités du candidat requises : Connaissances en physique des nanostructures, physique quantique. Compétences en optique expérimentale.
Rémunération éventuelle du stage : OUI, uniquement pour des étudiants non rémunérés par ailleurs et pour une durée de stage supérieure à 2 mois. Possibilité de poursuivre en thèse ? OUI
Contact : Christophe Voisin
