Lieu : Université Paris-Saclay
Référent : Jean-Sébastien Lauret, lauret@ens-paris-saclay.fr
Au cours des dernières années, le développement de nouveaux émetteurs quantiques uniques a constitué un domaine de recherche en pleine expansion, car ils constituent des éléments clés pour une multitude d’applications dans les technologies quantiques. En particulier, les molécules organiques uniques représentent un volet à part entière du développement de ce nouveau domaine technologique [1]. Dans ce contexte, les points quantiques de graphène (GQD) présentent de nombreux atouts. Le contrôle parfait de leur taille, de leur symétrie et de la forme de leurs bords, permis par la synthèse ascendante, offre un large éventail de propriétés modulables. La compréhension et la maîtrise de ces propriétés ouvriront la voie à des émetteurs « couteaux suisses » dotés de fonctionnalités bien définies.
Nos travaux récents consacrés à l’étude de la photophysique des GQD au niveau de la molécule unique [2, 3, 4] ont constitué les premières étapes essentielles vers cet objectif. En effet, nous avons d’abord démontré que les GQD sont photostables et peuvent être étudiés au niveau de l’objet unique. Nous avons ensuite montré qu’il s’agit d’émetteurs quantiques très lumineux présentant une excellente pureté des photons uniques à température ambiante. Nous avons récemment étudié l’interaction entre la structure (symétrie, taille…) et la photophysique de grands GQD présentant une amplitude dipolaire élevée [5].
La prochaine étape consiste à contrôler l’environnement local des GQD afin d’obtenir une largeur de raie limitée par la durée de vie à basse température, permettant ainsi l’émission de photons indiscernables. Dans ce contexte, l’objectif de ce stage/doctorat est d’atteindre une largeur de raie limitée par la durée de vie pour des GQD individuels en les intégrant dans une matrice appropriée. Notre groupe poursuit deux stratégies différentes pour atteindre cet objectif [6, 7]. La première consiste à intégrer les GQD dans des cristaux moléculaires originaux. La seconde consiste à utiliser du h-BN comme substrat pour les GQD individuels. Le candidat optimisera la fabrication des échantillons et réalisera des mesures de spectroscopie moléculaire unique à basse température. Le résultat sera l’obtention d’une source à la demande de photons indiscernables à haut débit, surpassant ainsi les systèmes moléculaires actuels d’optique quantique.
L’intrication quantique est au cœur de la deuxième révolution quantique. Dans ce contexte, des efforts sont actuellement déployés pour construire des réseaux d’émetteurs à l’état solide couplés de manière cohérente [8, 9]. L’un des paramètres clés est l’intensité du couplage dipôle-dipôle, qui dépend du carré de l’amplitude dipolaire. Dans ce contexte, les GQD constituent des candidats prometteurs grâce à leur amplitude dipolaire élevée. De plus, pour être exploitable, l’intrication des états électroniques doit résister aux processus de décohérence [10]. Une deuxième partie du stage/de la thèse consistera à utiliser les GQD pour construire des réseaux de dipôles intriqués.
Le candidat travaillera en étroite collaboration avec d’autres doctorants et un post-doctorant du groupe. Il/elle participera aux discussions avec les collaborateurs des domaines de la théorie et de la synthèse chimique.
Références
[1] C. Toninelli et al, Nature Materials 20, 1615 (2021)
[2] S. Zhao, JS Lauret et al, Nature Com 9, 3470 (2018)
[3] T. Liu, JS Lauret et al, Nanoscale, 14, 3826 – 3833 (2022)
[4] T. Liu, JS Lauret et al, Journal of Chemical Physics 156, 104302 (2022)
[5] D. Medina-Lopez, JS Lauret et al Nature Com 14, 4728 (2023)
[6] J.-B. Trebbia et al, Nature Communication 13, 2962 (2022)
[7] C. M. Lange et al, Nature Phys. 20, 836–842 (2024)
[8] T.T. Huyn, JS Lauret et al, in preparation
[9] S. Sarkar, JS Lauret et al, in preparation
[10] S. Quistrebert, JS Lauret and N. Fayard, in preparation