Centres quantiques luminescent dans les nanotubes de carbone

Les photons uniques sont des éléments essentiels pour les communications quantiques, l’informatique quantique et les technologies quantiques en général. Bien que des sources de photons uniques soient déjà opérationnelles dans la gamme 890-950nm, des améliorations significatives sont nécessaires pour améliorer les performances dans la gamme des télécommunications.

Dans ce sujet de thèse, nous proposons d’étudier les nanotubes de carbone mono-feuillets (CNT) fonctionnalisé par des centres quantiques luminescent (Q-CNT) comme sources potentielle de photon unique dans le proche infrarouge. Les CNT sont des nano-objets dont le bandgap dépend très fortement de leur structure, leur longueur d’onde d’émission peut être ajusté dans tous le domaine du proche IR par une sélection en diamètre. La fonctionnalisation par les centres quantiques augmente très fortement le rendement quantique des Q-CNT, ouvrant une voie prometteuse vers la réalisation de sources de photon unique stable [1]. En plus d’avoir lieu à température ambiante, l’émission peut être finement ajustée par ingénierie chimique et la possibilité de pompage électrique en fait des bons candidats pour la réalisation de dispositifs quantiques.

La thèse sera effectuée dans un cadre de collaboration internationale avec une équipe japonaise (Tokyo Gakugei University), leader dans la fonctionnalisation des Q-CNT [2]. Les Q-CNT seront insérés dans des couches minces afin de maîtriser leur environnement, et la distribution spatiale ainsi que l’influence de l’orientation des Q-CNT sur les propriétés d’émission seront étudiées. Enfin, nous allons rajouter une cavité optique constituée de deux miroirs de Bragg entourant la couche mince de Q-CNT. Le design de la cavité de Bragg et l’épaisseur de la couche de Q-CNT seront optimisés pour réduire les pertes et atteindre un facteur de qualité suffisant pour atteindre le régime de couplage fort, et explorer les états hybrides lumière-matière.

Si vous souhaitez postuler au concours de l’école doctorale I2S pour mener ce projet doctoral, contactez-nous dès maintenant à l’adresse nicolas.izard(at)umontpellier.fr

Références

[1] https://doi.org/10.1038/nphoton.2017.119

[2] https://doi.org/10.1038/s42004-023-00950-1

Le Laboratoire présente un large éventail de thématiques allant de la Physique théorique la plus mathématique à la Physico-Chimie et la Biophysique, avec un socle de recherches théoriques et expérimentales consacrées à la Matière Condensée et aux Nanosciences. Ses recherches se situent souvent aux interfaces avec la Chimie, les Sciences du Vivant et l’Électronique.

Le L2C dispose d’un ensemble de techniques expérimentales de haut niveau, en particulier une plateforme de spectroscopies optiques, unique en termes de performances, dans le contexte national.
Laboratoire de recherche fondamentale, le L2C est néanmoins au cœur de nombreux partenariats industriels et recherches à visées applicatives conduisant au dépôt de brevets, voire à la création de startups.

La thèse se déroulera au sein de l'équipe Nanomatériaux de l'axe Nanostructure et Spectroscopie.

https://coulomb.umontpellier.fr/-Equipe-Nanomateriaux-

Ce sujet de thèse est adapté pour un étudiant ayant de bonnes connaissances en physique, physique appliqué ou nanosciences, ainsi que des connaissances dans le domaine de l’optique. Ce sujet implique un travail expérimental substantiel sur banc optique, ainsi qu’en salle blanche. Le goût pour le travail expérimental est obligatoire. Un goût prononcé pour la recherche interdisciplinaire et l’apprentissage de nouvelles choses est également essentiel.