Interactions atomes-photons avec un guide d'onde nanostructuré possédant une dispersion exotique : propriétés collectives et applications à la QED en guide d'onde // Atom-photon interactions with a nanostructured waveguide supporting exotic dispersions: c

La feuille de route des technologies quantiques est jalonnée de plusieurs étapes importantes. Parmi elles, la réalisation de fortes interactions lumière-matière au niveau du photon unique est un objectif majeur, aussi bien d'un point de vue fondamental que d'un point de vue technologique, et différentes stratégies ont été explorées pour atteindre cet objectif. De nombreux travaux récents ont étudié des systèmes sans cavité, c'est-à-dire basés sur des configurations à simple passage. Dans ce contexte, l'interaction atome-photon peut être augmentée en utilisant des guides d'onde aux dimensions sub-longueur d'onde qui permettent un fort confinement du champ électromagnétique dans les directions transverses. C'est le domaine émergent de l'électrodynamique quantique en guide d'onde (waveguide QED). Récemment, nous avons conçu un guide d'onde nanostructuré basé sur un cristal photonique avec une géométrie innovante : le guide peigne asymétrique. Grâce à une brisure de symétrie transverse bien choisie, le guide peigne permet de réduire les limitations d'autres structures existantes et ouvre de nouvelles perspectives aussi bien expérimentales que théoriques. En particulier, le guide peigne asymétrique supporte un mode lent qui possède une dispersion quartique au lieu de la dispersion habituelle qui est parabolique. L'objectif de la thèse sera d'explorer le rôle de la dispersion du guide d'onde dans la construction des propriétés collectives d'un ensemble d'atomes couplés à un guide à cristal photonique à mode lent. L'étude reposera sur de la théorie (électromagnétisme classique et quantique, nanophotonique) et des calculs numériques. Elle fait partie d'un projet de recherche collaboratif financé par l'ANR.
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The quantum technologies roadmap is marked by several milestones. Achieving strong light-matter interactions at the single photon level is a long-standing goal of both fundamental and technological importance, and various approaches have been explored to reach it. Many recent works have studied cavity-free systems, based on single-pass configurations. In this context, the atom-photon interaction can be increased by using sub-wavelength waveguides that confine the electromagnetic field to deeply subwavelengths scales in the transverse directions. This is the emerging field of waveguide QED. Recently, we have designed a nanostructured waveguide based on a photonic crystal with an innovative geometry : the asymmetric comb waveguide. Thanks to a well-designed transverse symmetry breaking, the asymmetric comb mitigates the weaknesses of existing structures and opens new perspectives. In particular, the asymmetric comb waveguide supports a slow mode that follows a quartic dispersion instead of the usual parabolic dispersion. The objective of the PhD will be to explore the role of the waveguide dispersion in the building of the collective properties of an ensemble of atoms coupled to a slow-light photonic-crystal waveguide.The study will rely on theory (classical and quantum electrodynamics, nanophotonics) and numerical calculations. It is part of a collaborative ANR research project.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Other public funding

ANR

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

Titulaire d'un M2 en Physique Compétences en Optique/Photonique, Nanosciences et/ou Optique Quantique Des compétences en Nanophotonique et Optique quantique seraient particulièrement appréciées. Goût pour la théorie et le calcul numérique.
Graduate student in Physics Skills in Optics/Photonics, Nanosciences and/or quantum optics. Skills in Nanophotonics and quantum optics would be particularly appreciated. Liking for theory and numerical calculations