Thèse Matériaux Hybrides Terres Rares-Diamant pour la Photonique Quantique H/F - 75

Établissement : Chimie ParisTech / École Nationale Supérieure de Chimie de Paris (ENSCP)
École doctorale : Physique et Chimie des Matériaux
Laboratoire de recherche : Institut de Recherche de Chimie Paris
Direction de la thèse : Philippe GOLDNER ORCID 0000000185170911
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-15T23:59:59Le groupe Cristaux et Dynamique des Etats Quantiques (CQSD) recherche des candidat·e·s motivé·e·s et talentueux·ses pour rejoindre son équipe et développer de nouveaux matériaux destinés aux technologies quantiques.

Nous développons des cristaux nanostructurés dopés par des ions de terres rares afin de réaliser des interfaces quantiques solide entre la lumière et la matière - une ressource clé pour la communication quantique et le traitement quantique distribué. Les cristaux dopés aux ions terres rares (TR) présentent des durées de vie des états quantiques optiques et de spin exceptionnellement longues, ce qui en fait des plateformes particulièrement prometteuses pour ce type d'interfaces. Toutefois, pour exploiter pleinement leur potentiel, ils doivent être couplés efficacement à des nanostructures photoniques telles que des résonateurs optiques.

Ce projet de doctorat vise à développer des matériaux hybrides innovants constitués de couches minces d'oxydes dopés TR de haute qualité élaborées par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur des structures photoniques en diamant. Cette approche ouvrira la voie à des interfaces quantiques REI-lumière efficaces et polyvalentes pour un large éventail d'applications en technologies quantiques.

Le projet combine :
-la croissance de couches minces de haute qualité,
-la spectroscopie optique et de spin à haute résolution et basse température,
-l'étude de dispositifs hybrides nanophotoniques.

Les travaux se dérouleront dans un environnement scientifique dynamique, à la fois français et international.

La recherche d'émetteurs quantiques de haute qualité pouvant être intégrés à des dispositifs nanophotoniques suscite un très vif intérêt dans le domaine des technologies quantiques. Ces systèmes présentent en effet de nombreux avantages - compacité, efficacité énergétique, possibilité d'intégration et de production à grande échelle - et constituent des composants clés pour les communications quantiques à longue distance et le calcul quantique distribué.

Les cristaux dopés aux ions terres rares représentent une plateforme particulièrement prometteuse, actuellement explorée sous différentes formes. L'approche proposée dans ce projet s'appuie sur notre récente démonstration de croissance de couches minces d'oxydes dopés aux terres rares de haute qualité sur diamant. Cette architecture originale permet d'exploiter les propriétés quantiques des ions terres rares dans un domaine spectral très étendu, tout en bénéficiant des performances photoniques du diamant.

Le projet vise à approfondir et à exploiter pleinement le potentiel de cette innovation majeure.

- croissance de films minces sur diamant de haute qualité sturcturale
- demonstration de temps de vie d'états quantiques de longue durée
- couplage de terres rares à des structures photoniques en diamant.

Le projet reposera sur une approche expérimentale combinant élaboration de matériaux, spectroscopie et nanophotonique.

Les couches minces d'oxydes dopés aux ions terres rares seront synthétisées par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur des substrats puis de structures photoniques en diamant. Les paramètres de croissance seront optimisés afin d'obtenir des films de haute qualité cristalline permettant d'obtenir les propriétés quantiques requises.

Les propriétés des matériaux seront caractérisées par spectroscopie cohérente et à haute résolution à basse température.

Les dispositifs hybrides seront étudiés afin d'évaluer le couplage lumière-matière, notamment via l'intégration dans des résonateurs optiques.