Thèse Spectroscopie à Ultra-Haute Résolution des Semi-Conducteurs à l'Échelle Nanométrique H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des Solides
Direction de la thèse : Mathieu KOCIAK ORCID 0000000188580449
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-10-01T23:59:59

La nano-optique est la science des phénomènes optiques se produisant bien en dessous de la limite de diffraction de la lumière. Pour dépasser cette limite fondamentale, un large éventail de nouvelles techniques et de nouveaux concepts ont été développés au cours des deux dernières décennies. Parmi ceux-ci, l'utilisation d'électrons rapides, se déplaçant à environ la moitié de la vitesse de la lumière, s'est révélée particulièrement puissante pour sonder les propriétés optiques des nanomatériaux.
Notre équipe est pionnière dans ce domaine, utilisant la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) et la cathodoluminescence (CL) pour étudier une grande variété d'excitations dans les solides, allant des phonons aux excitons, avec des niveaux de résolution spatiale et spectrale auparavant inaccessibles. Plus récemment, nous avons développé la spectroscopie à gain d'énergie (EEGS), une technique qui combine l'exceptionnelle résolution spatiale permise par la très courte longueur d'onde des électrons (quelques picomètres) avec la résolution spectrale sub-µeV apportée par un laser. Cette capacité unique a permis d'étudier des systèmes d'un grand intérêt pour l'optique quantique, tels que des cavités optiques à très haut facteur de qualité.
Malgré ces avancées, une question centrale demeure ouverte. Si la spectroscopie EEGS des excitations dans des systèmes submicroniques tels que les cavités photoniques et plasmoniques est désormais bien établie, la situation reste largement inexplorée, tant sur le plan théorique qu'expérimental, en ce qui concerne les systèmes semi-conducteurs. L'objectif de cette thèse est d'explorer le domaine entièrement nouveau de la spectroscopie à ultra-haute résolution de dispositifs semi-conducteurs à l'aide d'électrons relativistes.
Le projet se déroulera sur une plateforme expérimentale unique combinant un microscope électronique en transmission (TEM) monochromaté de dernière génération avec un système laser, ainsi que des échantillons spécifiquement conçus par lithographie pour optimiser les interactions électron-photon. Une telle combinaison ouvre de nouvelles perspectives en nano-optique qui n'étaient jusqu'ici pas envisageables. Le projet sera réalisé dans le cadre du projet ERC Advanced Grant FreeQCC.
Ce travail requiert un(e) candidat(e) motivé(e) et curieux(se), avec un fort intérêt pour la physique et un réel désir d'explorer un domaine de recherche encore émergent, à l'interface entre nano-optique, sciences quantiques, science des matériaux et instrumentation avancée.

La nano-optique est la science des phénomènes optiques se produisant bien en dessous de la limite de diffraction de la lumière. Pour dépasser cette limite fondamentale, un large éventail de nouvelles techniques et de nouveaux concepts ont été développés au cours des deux dernières décennies. Parmi ceux-ci, l'utilisation d'électrons rapides, se déplaçant à environ la moitié de la vitesse de la lumière, s'est révélée particulièrement puissante pour sonder les propriétés optiques des nanomatériaux.
Notre équipe est pionnière dans ce domaine, utilisant la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) et la cathodoluminescence (CL) pour étudier une grande variété d'excitations dans les solides, allant des phonons aux excitons, avec des niveaux de résolution spatiale et spectrale auparavant inaccessibles. Plus récemment, nous avons développé la spectroscopie à gain d'énergie (EEGS), une technique qui combine l'exceptionnelle résolution spatiale permise par la très courte longueur d'onde des électrons (quelques picomètres) avec la résolution spectrale sub-µeV apportée par un laser. Cette capacité unique a permis d'étudier des systèmes d'un grand intérêt pour l'optique quantique, tels que des cavités optiques à très haut facteur de qualité.
Cependant, la question centrale de l'applicabilité de ces méthodes aux systèmes semi-conducteurs reste encore complètement ouverte, expérimentalement et théoriquement.L'objectif de la thèse est d'effectuer des expériences de spectroscopies à très haute résolution spatiales et spectrales.

-Spectroscopies électroniques (EELS, cathodoluminescence, EEGS)
-Microscopie électronique
- Injection laser dans un microscope électronique