Thèse Systemes Nanophononiques Dinamiques H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
Direction de la thèse : Daniel LANZILLOTTI KIMURA ORCID 0000000260565551
Début de la thèse : 2026-04-10
Date limite de candidature : 2026-04-10T23:59:59

Ce projet de thèse s'inscrit dans le domaine de la nanophononique, qui vise à contrôler les phonons acoustiques à l'échelle nanométrique pour des applications en traitement de l'information, capteurs et systèmes optomécaniques. Les avancées récentes ont permis de maîtriser la génération et la propagation de phonons cohérents à haute fréquence dans des hétérostructures semi-conductrices. Cependant, ces dispositifs restent généralement statiques et reposent sur des technologies de nanofabrication coûteuses, limitant leur reconfigurabilité et leur adaptabilité.

Dans ce contexte, les matériaux mésoporeux issus de la chimie douce offrent une alternative prometteuse. Leur structure poreuse et leur forte sensibilité aux conditions environnementales permettent de moduler leurs propriétés mécaniques et optiques de manière réversible. L'intégration de ces matériaux dans des architectures nanophononiques ouvre ainsi la voie à des dispositifs nanoacoustiques accordables et adaptatifs.

L'objectif de cette thèse est de développer une nouvelle génération de dispositifs nanoacoustiques reconfigurables basés sur des couches minces mésoporeuses intégrées dans des architectures optophononiques. Une attention particulière sera portée à la reproductibilité, la stabilité et la cyclabilité des dispositifs sous sollicitations environnementales. Le projet vise également à étendre les fréquences de travail des dispositifs mésoporeux au-delà de plusieurs dizaines de GHz, tout en maîtrisant les propriétés de confinement et de propagation des phonons acoustiques.

Par ailleurs, une plateforme expérimentale programmable sera développée, basée sur la modulation spatiale de la lumière, afin de générer et contrôler des phonons issus de sources multiples. Cette approche permettra d'étudier l'interférence de phonons cohérents et d'explorer la synthèse de champs nanoacoustiques à l'échelle nanométrique.

Ce projet repose sur une approche interdisciplinaire combinant physique, science des matériaux et chimie, et s'appuie sur une collaboration étroite entre des équipes expertes en nanophononique et en matériaux mésoporeux. Il contribuera à l'émergence de dispositifs nanoacoustiques adaptatifs et à une meilleure compréhension du couplage entre phonons et environnement à l'échelle nanométrique.

La nanophononique, dédiée au contrôle des phonons acoustiques à l'échelle nanométrique, constitue un domaine en plein essor aux interfaces de la physique du solide, de l'optique et des nanotechnologies. Les progrès réalisés dans les hétérostructures semi-conductrices ont permis de maîtriser le confinement et la propagation de phonons cohérents à haute fréquence, ouvrant des perspectives en traitement de l'information, capteurs et systèmes optomécaniques.

Cependant, les dispositifs actuels reposent majoritairement sur des matériaux semi-conducteurs et des technologies de nanofabrication coûteuses, limitant leur adaptabilité. Dans ce contexte, les matériaux mésoporeux issus de la chimie douce offrent une alternative prometteuse. Leur structure poreuse et leur forte sensibilité à l'environnement permettent de moduler leurs propriétés mécaniques et optiques de manière réversible, ouvrant la voie à des dispositifs nanoacoustiques accordables.

Par ailleurs, le développement récent de sources nanoacoustiques optiquement programmables permet le contrôle cohérent de phonons propagatifs et la réalisation d'interférences entre sources multiples, posant les bases de la synthèse de champs acoustiques à l'échelle nanométrique.

Malgré ces avancées, l'intégration de matériaux mésoporeux dans des architectures nanophononiques reconfigurables, tout en maîtrisant les propriétés de confinement et de propagation des phonons à haute fréquence, demeure un défi ouvert. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à développer des dispositifs nanoacoustiques adaptatifs combinant matériaux mésoporeux et architectures optophononiques.

Objectifs scientifiques :

1. Développer une nouvelle génération de dispositifs nanoacoustiques reconfigurables fondés sur l'intégration de matériaux mésoporeux et d'architectures optophononiques, permettant un contrôle dynamique des propriétés acoustiques en réponse à des stimuli externes.
2. Établir une approche intégrée combinant les techniques de chimie douce et l'ingénierie phononique, en incorporant des couches minces mésoporeuses fonctionnelles dans des dispositifs nanophononiques, et en garantissant leur répétabilité, leur stabilité et leur cyclabilité sous sollicitations environnementales.
3. Étendre les fréquences de travail des dispositifs nanoacoustiques basés sur des matériaux mésoporeux au-delà de plusieurs dizaines de GHz, tout en maîtrisant les propriétés de confinement et de propagation des phonons acoustiques.
4. Développer une plateforme expérimentale programmable basée sur la modulation spatiale de la lumière, permettant la génération, le contrôle et l'étude de l'interférence de phonons issus de sources multiples, ainsi que la synthèse de champs nanoacoustiques cohérents.
5. Explorer le couplage entre environnement, matière et phonons en exploitant la sensibilité intrinsèque des matériaux mésoporeux afin de concevoir des dispositifs nanoacoustiques adaptatifs et des capteurs phononiques sélectifs.