Thèse Méta-Optiques à Base de Super-Cellules Dipolaires Désordonnées H/F - Doctorat.Gouv.Fr
- CDD
- Doctorat.Gouv.Fr
Les missions du poste
Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : ONERA/DOTA - Département Optique et Techniques Associées Direction de la thèse : Riad HAIDAR Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 La structuration de la matière à l'échelle nanométrique a conduit au concept de métasurface qui permet de modifier la réponse optique (réflectivité, absorption, transmission) d'une surface avec une texturation d'une épaisseur inférieure au centième de la longueur d'onde. Il est ainsi possible de rendre complétement absorbante une surface, par ailleurs réfléchissante, pour certaines longueurs d'onde en utilisant un ensemble périodique d'antennes. Considérer une structure périodique est particulièrement attrayant, car pour modéliser sa réponse optique, il suffit de considérer la cellule élémentaire. Les caractérisations expérimentales s'en trouvent également simplifiées. Cependant, il a été montré que les métasurfaces désordonnées permettaient l'exaltation d'effets comme la diffusion, la localisation de plasmons ou du champ évanescent, ou encore l'effet Anderson qui n'a pas son équivalent pour une métasurface ordonnée. Enfin, pour plusieurs applications, la présence inévitable d'ordres diffractés d'un réseau peut être problématique, et on peut s'en affranchir en utilisant un ensemble désordonné. Par ailleurs, il reste plusieurs défis à relever sur la réponse optique des métasurfaces pour étendre leur potentiel applicatif : la possibilité d'élaborer des gabarits spectraux et angulaires plus complexes, y compris en transmission.
La thèse s'inscrit dans ce contexte, et se propose d'explorer des métasurfaces non locales à base de supercellules permettant de combiner plusieurs fonctions indépendantes (à différentes positions angulaires ou spectrales), chacune avec une efficacité élevée. Le travail demandé se décompose en différentes tâches qui vont des concepts théoriques et du développement de modèles simplifiés électromagnétiques à la caractérisation expérimentale, en passant par des aspects de réalisation technologique. Dans un premier temps, le doctorant étudiera la réponse d'une combinaison d'antennes dipolaires au sein d'une supercellule unique, puis au sein de métasurfaces désordonnées. Il/elle proposera des modèles analytiques pour décrire leur comportement, qui seront comparés à des modèles complexes. Il/elle travaillera également sur la conception de dispositifs et en particulier sur la manière de gérer les canaux de fuites radiatives et non radiatives avec des gabarits spectraux complexes (au moins 3 longueurs d'ondes contraintes à des niveaux d'absorption données). Le doctorant sera amené à concevoir et caractériser ces différentes métasurfaces, si besoin à l'aide de bancs de caractérisation à développer.
Les questions scientifiques que nous adressons dans ce sujet sont les suivantes :
- Comportement d'un ensemble de dipôles dans une super-cellule en transmission (ou réflexion). Possibilité d'un modèle effectif dipolaire équivalent ?
- Lien entre la réponse d'une super-cellule et la réponse d'un assemblage. Quelle description physique et quelle influence de l'organisation sur la réponse optique globale.
- Comment exploiter ces phénomènes pour proposer des composants méta-optiques innovants, agissant en transmission. Le premier objectif de la thèse est d'étudier les liens entre la réponse d'une super-cellule comprenant entre un et une dizaine de résonateurs dipolaires, et la réponse d'ensemble d'une métasurface composée d'un ensemble de super-cellules agencées suivant des désordres hyperuniformes (on étudiera aussi l'intérêt de désordres non corrélées et l'influence du niveau d'hyperuniformité).
Le deuxième objectif de la thèse est d'utiliser ces structures pour concevoir des méta-optiques sans pertes vers de la diffraction.
Les différentes techniques à mettre en oeuvre sont :
- Modélisation : physique des nanostructures et physique des dipôles, électromagnétisme (codes de calculs BMM, RCWA, COMSOL)
- Caractérisation optiques : Caractérisation des sections efficaces (diffusion, extinction, absorption), caractérisation infrarouge de méta-surfaces (transmission, réflexion), caractérisation des propriétés des méta-optiques (action sur la phase, la polarisation)
La thèse s'inscrit dans ce contexte, et se propose d'explorer des métasurfaces non locales à base de supercellules permettant de combiner plusieurs fonctions indépendantes (à différentes positions angulaires ou spectrales), chacune avec une efficacité élevée. Le travail demandé se décompose en différentes tâches qui vont des concepts théoriques et du développement de modèles simplifiés électromagnétiques à la caractérisation expérimentale, en passant par des aspects de réalisation technologique. Dans un premier temps, le doctorant étudiera la réponse d'une combinaison d'antennes dipolaires au sein d'une supercellule unique, puis au sein de métasurfaces désordonnées. Il/elle proposera des modèles analytiques pour décrire leur comportement, qui seront comparés à des modèles complexes. Il/elle travaillera également sur la conception de dispositifs et en particulier sur la manière de gérer les canaux de fuites radiatives et non radiatives avec des gabarits spectraux complexes (au moins 3 longueurs d'ondes contraintes à des niveaux d'absorption données). Le doctorant sera amené à concevoir et caractériser ces différentes métasurfaces, si besoin à l'aide de bancs de caractérisation à développer.
Les questions scientifiques que nous adressons dans ce sujet sont les suivantes :
- Comportement d'un ensemble de dipôles dans une super-cellule en transmission (ou réflexion). Possibilité d'un modèle effectif dipolaire équivalent ?
- Lien entre la réponse d'une super-cellule et la réponse d'un assemblage. Quelle description physique et quelle influence de l'organisation sur la réponse optique globale.
- Comment exploiter ces phénomènes pour proposer des composants méta-optiques innovants, agissant en transmission. Le premier objectif de la thèse est d'étudier les liens entre la réponse d'une super-cellule comprenant entre un et une dizaine de résonateurs dipolaires, et la réponse d'ensemble d'une métasurface composée d'un ensemble de super-cellules agencées suivant des désordres hyperuniformes (on étudiera aussi l'intérêt de désordres non corrélées et l'influence du niveau d'hyperuniformité).
Le deuxième objectif de la thèse est d'utiliser ces structures pour concevoir des méta-optiques sans pertes vers de la diffraction.
Les différentes techniques à mettre en oeuvre sont :
- Modélisation : physique des nanostructures et physique des dipôles, électromagnétisme (codes de calculs BMM, RCWA, COMSOL)
- Caractérisation optiques : Caractérisation des sections efficaces (diffusion, extinction, absorption), caractérisation infrarouge de méta-surfaces (transmission, réflexion), caractérisation des propriétés des méta-optiques (action sur la phase, la polarisation)
Le profil recherché
Formation : école d'ingénieur + Master Recherche 2 en sciences physiques.
Goût pour l'expérimentation.
Expérience avérée d'utilisation et de développement de code de simulation électromagnétique.
Goût pour l'expérimentation.
Expérience avérée d'utilisation et de développement de code de simulation électromagnétique.