Thèse Fabrication et Etude de Nouveaux Matériaux et Dispositifs Bidimensionnels pour les Technologies Quantiques H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LPCNO - Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets Direction de la thèse : Andrea BALOCCHI ORCID 0000000152525309 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Description du projet
Les matériaux bidimensionnels (2D), ont profondément transformé la physique des matériaux et l'optoélectronique depuis leur émergence. Leur épaisseur atomique, leur forte interaction spin-orbite, l'absence de centre d'inversion de symétrie, ainsi que leur compatibilité avec l'empilement en hétérostructures van der Waals en font des plateformes particulièrement attractives pour l'étude de nouvelles propriétés électroniques, optiques et spintroniques.

Ces caractéristiques ont permis l'émergence d'une nouvelle classe de matériaux artificiels aux propriétés modulables, ouvrant la voie à une large gamme d'applications en électronique et optoélectronique. Aujourd'hui, l'ingénierie de ces matériaux et hétérostructures à l'échelle du plan atomique est également en plein essor pour des applications prometteuses dans le domaine des technologies quantiques (capteurs et communications quantiques).
Dans ce contexte, le développement de nouveaux dispositifs pour les technologies quantiques basés sur des structures 2D repose sur trois axes principaux :
(i) une compréhension fine des propriétés électroniques et optoélectroniques intrinsèques des matériaux 2D,
(ii) l'étude des mécanismes d'interaction entre les couches dans des hétérostructures innovantes,
(iii) le développement de dispositifs prototypes

Ce projet de thèse vise à contribuer à l'exploration de ces trois axes, en s'appuyant sur l'étude d'hétérostructures 2D avancées. L'un des objectifs initiaux sera de développer des sources de photons intriqués en polarisation ultra-compactes, basées sur des cristaux 2D de quelques dizaines de nanomètres d'épaisseur, dans la gamme des longueurs d'onde des télécommunications. Nous avons déjà obtenu des résultats préliminaires très encourageants dans le cadre d'un contrat financé par le CNES qui vient de débuter sur ces sources de lumière quantique 2D. Ce projet est également suivi par les deux grands acteurs toulousains pour la communication quantique dans le spatial (Airbus Defense&Space et Thales Alenia Space).
Nous étudierons également, de manière complémentaire, les propriétés de cohérence excitonique dans ces semiconducteurs 2D afin d'évaluer leur potentiel pour la manipulation de l'information quantique.

L'ensemble de ces investigations s'appuiera sur des techniques avancées de spectroscopie optique, incluant des approches multidimensionnelles (résolues en espace, énergie, polarisation, temps) couplées à des capacités de nano-fabrication de précision.

Les matériaux bidimensionnels (2D) et leurs hétérostructures van der Waals offrent une plateforme exceptionnelle pour l'ingénierie de propriétés optoélectroniques à l'échelle atomique. Dans le contexte du développement rapide des technologies quantiques, ils présentent un fort potentiel pour la réalisation de dispositifs innovants, tels que des sources de photons intriqués. La compréhension et le contrôle des propriétés excitoniques et des interactions inter-couches restent aussi des verrous scientifiques majeurs. Ce projet vise à lever ces défis en explorant des hétérostructures 2D avancées pour des applications en optoélectronique quantique. (i) une compréhension fine des propriétés électroniques et optoélectroniques intrinsèques des matériaux 2D,
(ii) l'étude des mécanismes d'interaction entre les couches dans des hétérostructures innovantes,
(iii) le développement de dispositifs prototypes