Thèse Contrôle de l'Émission de Nanocristaux de Perovskite Via Couplage Plasmonique pour la Photonique Quantique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
École doctorale : Interfaces : matériaux, systèmes, usages
Laboratoire de recherche : Groupe d'étude de la matière condensée
Direction de la thèse : Damien GARROT ORCID 0000000248658536
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Cette proposition de thèse vise à contrôler l'émission lumineuse de nanocristaux de pérovskites grâce au couplage avec des structures plasmoniques, dans le cadre de la nanophotonique quantique. Les pérovskites halogénées colloïdales sont des nanoémetteurs prometteurs en raison de leur synthèse peu coûteuse, de leur fort rendement de photoluminescence et de leur bande interdite ajustable. Elles ont notamment démontré leur capacité à émettre des photons uniques avec de bonnes performances, ce qui les rend intéressantes pour les technologies quantiques. Cependant, leurs propriétés optiques doivent encore être optimisées pour une intégration efficace dans des dispositifs. Le couplage avec des nanostructures métalliques permet de modifier leur émission en augmentant la brillance, en accélérant la dynamique d'émission ou en contrôlant la direction du rayonnement. L'objectif de la thèse est d'explorer ces effets et d'en tirer parti. Deux approches seront étudiées. La première concerne des nanocristaux individuels de type CsPbX3 (X = Br, I). Leurs propriétés seront d'abord caractérisées à l'échelle d'une seule particule à l'aide de techniques comme la microscopie confocale et les mesures de corrélation de photons, permettant d'évaluer l'antibunching, la stabilité et l'intensité d'émission. Ces nanoémetteurs seront ensuite couplés à des structures plasmoniques fabriquées à partir de nanoparticules métalliques, manipulées avec précision à l'échelle nanométrique afin de former des systèmes hybrides contrôlés. La seconde approche repose sur des couches minces polymères contenant des nanocristaux de CsPbI3. Déposées sur un substrat d'or et recouvertes de nanoparticules métalliques, ces structures permettent de générer des modes de plasmon confinés qui modifient fortement l'émission des nanocristaux. Les résultats seront comparés à ceux obtenus sur des systèmes sans couplage afin de quantifier précisément les effets induits. En complément des expériences, des simulations numériques de type FDTD seront utilisées pour modéliser les structures plasmoniques et analyser les modifications des propriétés optiques, telles que les taux de décroissance, la brillance ou la distribution angulaire de l'émission. Ce projet s'inscrit dans les activités du laboratoire GEMaC, spécialisé en nanophotonique et en science des matériaux, avec une collaboration pour la synthèse des nanocristaux avec Cédric Mayer du LuMIn (Université Paris-Saclay)

Colloidal halide perovskites are promising nanoemitters due to their low-cost solution-based synthesis, high photoluminescence quantum yield, and tunable bandgap. They have demonstrated efficient single-photon emission, making them strong candidates for quantum technologies. However, their optical properties still need to be optimized for effective integration into devices. Coupling these emitters with metallic nanostructures can modify their emission by enhancing brightness, accelerating emission dynamics, and controlling radiation patterns.

This PhD proposal aims to control the light emission of perovskite nanocrystals by coupling them with plasmonic structures for applications in quantum nanophotonics.

The optical properties of perovskite quantum dots have been characterized at the single-particle level (photon antibunching, brightness and stability) with a confocal microscope and Hanbury-Brown and Twiss (HBT) set-up. They will be coupled with plasmonic structures. The GEMaC has developed a technique for manipulating nano-objects with and AFM Tips. It will be then possible to design nanostructures composed of fundamental metallic bricks as gold sphere or cubes with single NC inside.
Second, the influence of a plasmonic structures will be investigated on thin polymer layers containing NCs (CsPbI3 in this case). These layers will be deposited on a gold layer and gold nanometric gold nanoparticules (sphere, cubes, rods..) will be spin-coated on the polymer layer. The gap plasmon appearing in the polymer layer will induce a strong modification of the NC emission. In the two kinds of systems, the modification of the emission will be experimentally analyzed by comparing with the first experiments performed on single NCs without the plasmonic structure. These experimental studies will be completed by FDTD numerical simulations to characterize the plasmonic structure and the NC emission modification (decay rate, brightness, radiation pattern..).