Thèse Assemblage de Matériaux Colloidaux pour le Gain Optique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : PMC - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée Direction de la thèse : Thierry GACOIN ORCID 0000000167743181 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-15T23:59:59 Les nanocristaux colloïdaux, ou boites quantiques, sont des nanoparticules semi-conductrices obtenues par synthèse en solution. Ce projet de doctorat vise à utiliser les nanocristaux colloïdaux comme matériau à gain optique pour des applications laser intégrées. Le/la candidat(e) commencera par synthétiser des points quantiques de pointe présentant des propriétés de gain dans le visible et participera à la construction d'un nouveau dispositif optique dédié à la spectroscopie avancée de ces objets. La spectroscopie d'absorption transitoire pompe-sonde sera utilisée pour étudier les paramètres de gain optique des points quantiques (bande passante, durée de vie, seuils...) sous excitation optique. Le/la candidat(e) explorera ensuite des architectures de nanocristaux plus complexes, en particulier le développement d'assemblages de différents types de nanocristaux. Cette approche poursuit un double objectif : obtenir de nouvelles propriétés de gain optique inaccessibles avec des matériaux monocomposants, telles qu'une bande passante de gain ultra-large ou un effet laser à faible seuil dans des structures donneur-émetteur fortement couplées. Le/la candidat(e) concevra et évaluera le potentiel de ces métamatériaux à l'état liquide et mesurera leurs performances laser à l'état solide. Ce projet est financé par l'ANR JCJC MetaQD Colloidal quantum dots (CQDs) are nanoparticles of semiconductor that, due to their size (2-20 nm), fall in the quantum confinement regime. As such, these materials exhibit optical properties that can be continuously adjusted over a wide range of wavelengths, from the infrared to the ultraviolet. CQDs are already used in next-generation displays (Samsung QLED), infrared sensors (ST Microelectronics, IMEC) and as bio-tagging materials. The next step for these materials is the democratization of their use as a source of laser light, that requires the nanoparticles to sustain very high excitation levels. The process of stimulated emission, responsible for emission of coherent laser light, is a collective process that requires nanocrystals to be packed together tightly, typically in solid state films. The solution processability of nanocrystals makes them a great candidate for on-chip integrated photonics, where integration of light sources remains complex due to the constraints of epitaxy. Very recently, the proof-of-concept for an electrical CQD device capable of emitting light in the optical gain regime (ie, able to reach the population inversion regime and of amplifying light) have been demonstrated. There is now a need to obtain more tools for the rational design of optical gain properties beyond the single material, especially to solve the challenges associated with high optical gain thresholds. - Material synthesis
- Ultrafast spectroscopy
- Nanofabrication
- Time-resolved experiments
- Nanoscale assemblies
- Optical design