Thèse Nouvelles Sources de Lumière Basées sur des Milieux Diffusants Fluorescents H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL) École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Institut Langevin : ondes et images Direction de la thèse : Valentina KRACHMALNICOFF ORCID 0000000254845338 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 Le spectre de la lumière émise par un corps noir en équilibre thermique à la température T, comme le Soleil ou une ampoule, est déterminé uniquement par la température, comme l'énoncent les lois de Planck et de Wien. Dans une telle source, les photons présentent un potentiel chimique nul, ce qui signifie que leur nombre n'est pas conservé lorsque la température du corps noir varie.À l'Institut Langevin, nous avons récemment démontré expérimentalement qu'un comportement différent peut être observé pour des photons émis par des molécules fluorescentes de rhodamine pompées par laser dans un milieu diffusant : en favorisant de multiples cycles d'absorption-émission dans un tel système, on obtient un gaz de photons à l'équilibre thermique avec un nombre de photons bien défini. Cet équilibre est caractérisé par la température de la solution de colorant, ainsi que par un potentiel chimique qui dépend de la population des niveaux moléculaires excités et fondamentaux. Les milieux diffusants désordonnés présentent plusieurs avantages par rapport à d'autres systèmes dans lesquels la thermalisation des photons a été observée, tels que les cavités, en termes de passage à l'échelle, de polyvalence et de facilité de fabrication.

L'étape suivant cette première preuve de concept consiste à concevoir le milieu diffusant désordonné et les propriétés des fluorophores afin d'optimiser l'apparition de la thermalisation des photons.
Le doctorant travaillera à la fois au LPEM pour synthétiser des nanomatériaux inorganiques servant de diffuseurs ou d'émetteurs aux propriétés optiques bien contrôlées, et à l'Institut Langevin pour caractériser la capacité des échantillons à générer une lumière thermalisee. Le doctorant synthétisera des nanoparticules présentant des résonances de Mie bien définies afin de structurer les propriétés spectrales du milieu diffusant, ainsi que des boites quantiques semi-conductrices. La longueur de diffusion et les propriétés de fluorescence des échantillons synthétisés seront caractérisées à l'Institut Langevin à l'aide de techniques de spectroscopie optique déjà établies et optimisées pour l'observation de la thermalisation des photons.

Nous exploiterons les connaissances développées sur la synthèse de nanoparticules et la thermalisation pour développer des matériaux diffusants innovants présentant des corrélations de désordre optimisées. En ajustant la bande spectrale cible par rapport au potentiel chimique du gaz de photons, nous explorerons des systèmes présentant des résonances spectrales définies. L'objectif final de cette thèse sera d'atteindre le régime de condensation de Bose-Einstein des photons, dans lequel un mode optique du matériau désordonné est macroscopiquement peuplé. Le spectre de la lumière émise par un corps noir en équilibre thermique à la température T, comme le Soleil ou une ampoule, est déterminé uniquement par la température, comme l'énoncent les lois de Planck et de Wien. Dans une telle source, les photons présentent un potentiel chimique nul, ce qui signifie que leur nombre n'est pas conservé lorsque la température du corps noir varie.

À l'Institut Langevin, nous avons récemment démontré expérimentalement qu'un comportement différent peut être observé pour des photons émis par des molécules fluorescentes de rhodamine pompées par laser dans un milieu diffusant : en favorisant de multiples cycles d'absorption-émission dans un tel système, on obtient un gaz de photons à l'équilibre thermique avec un nombre de photons bien défini. Cet équilibre est caractérisé par la température de la solution de colorant, ainsi que par un potentiel chimique qui dépend de la population des niveaux moléculaires excités et fondamentaux. Les milieux diffusants désordonnés présentent plusieurs avantages par rapport à d'autres systèmes dans lesquels la thermalisation des photons a été observée, tels que les cavités, en termes de passage à l'échelle, de polyvalence et de facilité de fabrication. étude du regime fde thermalisation de photons vers la réalisation de la condensation de Bose-Einstein dans un milieu fluorescent diffusant synthèse chimique, spectroscopie de fluorescence, d'excitation, d'absorption, mesures de diffusion

Nous acceptons des candidatures d'étudiants aux parcours variés, allant de l'optique quantique et de la nanophotonique à la physico-chimie, et couvrant des intérêts allant de la recherche fondamentale aux sciences appliquées.