Lieu : USPN, Villetaneuse
Référent : Athanasios Laliotis
Contexte
Le doctorant participera au projet QUEST, un consortium international financé par le programme « Réseaux doctoraux Marie Skłodowska-Curie » de l’Union européenne. QUEST rassemble six universités et cinq entreprises issues de sept pays européens et formera une cohorte de 15 doctorants. Les projets de thèse individuels s’inscrivent dans un thème scientifique commun, « Électrodynamique quantique et nanotechnologie du silicium », dont l’objectif global est d’explorer et de développer l’électrodynamique quantique à base de silicium à l’échelle nanométrique profonde.
Ce projet de doctorat sera mené au Laboratoire de Physique des Lasers (LPL) de l’Université Sorbonne Paris Nord (USPN), en région parisienne. Dans le cadre du réseau QUEST, des détachements auprès d’institutions partenaires sont envisageables, notamment à l’Université Humboldt de Berlin (K. Busch et F. Intravaia) pour la théorie de l’électrodynamique quantique et la modélisation des forces de Casimir-Polder ; le LENS à Florence (C. Toninelli) pour explorer une approche alternative aux expériences de QED moléculaire en cavité ; et l’Université technique du Danemark (DTU, S. Stobbe) pour la fabrication de nanocellules en silicium et de cavités à haut Q. Le doctorant interagira également régulièrement avec les 14 autres doctorants du réseau QUEST dans le cadre de réunions du consortium, d’écoles de formation et d’ateliers.
Le doctorant travaillera au sein de l’équipe SAI du LPL. Cette équipe dispose d’une solide expertise en électrodynamique quantique expérimentale et en nanophotonique, et a mis au point des outils spectroscopiques uniques permettant d’étudier les gaz atomiques et moléculaires à l’échelle nanométrique, avec des applications aux mesures de l’interaction de Casimir-Polder et à la détection quantique en champ proche. Le projet de thèse bénéficiera de fortes synergies au sein du réseau QUEST, ainsi que du vaste réseau de collaborations nationales et internationales de l’équipe. La thèse sera dirigée par le professeur associé Athanasios Laliotis.
Missions
Les gaz atomiques (atomes chauds) constituent des outils puissants et élégants pour la physique fondamentale et la détection quantique des champs électromagnétiques. Le groupe SAI de l’USPN a mis au point des techniques spectroscopiques de précision uniques permettant d’étudier des vapeurs atomiques chaudes à des distances nanométriques des surfaces, ce qui permet de tester expérimentalement les effets thermiques dans les interactions de Casimir-Polder (CP), une prédiction de la QED longtemps restée insaisissable [1,2]. L’extension de ces approches à la physique moléculaire constitue une perspective fascinante. Les molécules possèdent une structure interne riche et des transitions ultra-étroites, offrant de nouvelles opportunités pour les études de physique fondamentale. Le groupe SAI a récemment étendu ses techniques de spectroscopie à l’échelle nanométrique aux gaz moléculaires, ouvrant la voie à la spectroscopie de précision dans des cellules moléculaires minces [3,4].
L’utilisation des transitions rovibrationnelles moléculaires ouvre de nouvelles perspectives pour les plateformes photoniques qui reposaient traditionnellement sur des matériaux diélectriques tels que le verre ou le nitrure de silicium. En particulier, le fonctionnement dans l’infrarouge proche et moyen permet d’utiliser le silicium pour la fabrication de cellules minces (nanocellules) et le développement de structures nanophotoniques plus complexes, particulièrement bien adaptées aux expériences de QED. L’un des principaux objectifs de ce projet de thèse sera la fabrication de nanocellules destinées à la mesure de précision des interactions molécule-surface. Ces interactions revêtent une importance fondamentale en chimie physique et suscitent un intérêt théorique considérable, car la géométrie complexe des molécules peut donner lieu à des interactions de Casimir-Polder anisotropes. Ces interactions seront étudiées par spectroscopie de précision sur des molécules d’acétylène ou de HF confinées dans des nanocellules de silicium. Notre approche unique permettra d’étudier directement les différences d’interaction de surface entre des états quantiques moléculaires présentant des orientations différentes de leur moment cinétique de rotation par rapport à la surface. Cette plateforme pourrait ensuite être étendue en intégrant des nanostructures en silicium plus complexes.
Un autre objectif consistera à coupler l’acétylène, qui présente des transitions rovibrationnelles aux longueurs d’onde utilisées en télécommunications, à des nanocavités en silicium à haut Q [5]. Le couplage de ces deux systèmes pourrait ouvrir la voie à des études sur la QED moléculaire en cavité. De plus, le confinement intense des champs électromagnétiques au sein des interstices des cavités, à l’échelle de quelques nanomètres seulement, pourrait permettre une spectroscopie moléculaire à des distances sans précédent des surfaces, donnant ainsi accès aux interactions CP dans le champ proche extrême.
Profil
Nous recherchons un physicien ou un ingénieur motivé, ayant une formation dans l’un des domaines suivants : physique quantique, physique atomique ou moléculaire, photonique, physique des lasers, électrodynamique ou optique quantique, et manifestant un vif intérêt pour les travaux expérimentaux. Les candidats doivent être titulaires d’un master de deux ans (120 crédits ECTS) ou d’un diplôme équivalent de même niveau académique. Conformément aux règles de mobilité du programme Marie Skłodowska-Curie, les candidats ne doivent pas avoir résidé ni exercé leur activité principale (travail, études, etc.) en France pendant plus de 12 mois au cours des 36 mois précédant immédiatement la date de recrutement.