Thèse Polarisation Uniaxiale dans le Plan de Films Minces de Pérovskites Lamellaires Ferroélectriques pour la Modulation Électro-Optique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris Saclay Direction de la thèse : Lucía IGLESIAS BERNARDO ORCID 0000000287282017 Début de la thèse : 2026-12-01 Date limite de candidature : 2026-10-23T23:59:59 La photonique intégrée joue un rôle croissant dans des applications telles que les communications optiques, les liaisons satellitaires, le radar et le LiDAR, pour lesquelles le contrôle de la phase de la lumière est essentiel. Le nitrure de silicium (SiN) constitue une plateforme particulièrement intéressante grâce à ses faibles pertes optiques, sa large fenêtre spectrale et sa stabilité. Cependant, le SiN ne possède pas naturellement les propriétés électro-optiques nécessaires à une modulation efficace de la phase optique.

Cette thèse vise à explorer une nouvelle approche fondée sur l'intégration de matériaux ferroélectriques en couches minces avec le SiN. Les oxydes lamellaires de la famille des Carpy-Galy (ABO) sont particulièrement intéressants car ils sont ferroélectriques dans le plan du film, avec un axe polaire situé dans son plan. Cette configuration offre la possibilité de contrôler la phase optique à l'aide d'un champ électrique appliqué au moyen d'électrodes intégrées.

Le projet portera dans un premier temps sur la compréhension et le contrôle des propriétés structurales, optiques et polaires de ces matériaux. Des méthodes fiables seront développées afin de caractériser et contrôler leur état de polarisation et de quantifier leur réponse électro-optique. Sur la base de ces résultats, des structures photoniques seront conçues et fabriquées, en étudiant différentes approches pour intégrer les films ferroélectriques à des guides d'onde en SiN à faibles pertes.

Les dispositifs réalisés seront ensuite caractérisés afin d'évaluer leurs performances optiques et électro-optiques, leur stabilité et leurs limitations. L'objectif final est de démontrer une modulation électrique de la phase optique dans un dispositif photonique intégré et d'établir des règles de conception pour le développement futur de dispositifs électro-optiques à faibles pertes fondés sur des matériaux ferroélectriques en couches minces. Integrated photonic technologies are increasingly used in applications such as optical communications, satellite links, radar and LiDAR, where efficient control of the phase of light is essential. Silicon nitride (SiN) is an attractive platform for these applications because of its low optical losses, broad spectral range and stability. However, it does not naturally provide the electro-optic properties required for efficient optical modulation.
This project explores the integration of thin-film ferroelectric materials with SiN to provide this missing functionality. In particular, layered oxides of the Carpy-Galy family (ABO) are particularly interesting because they are in-plane ferroelectrics, with a unique polar axis lying within the plane of the film. This configuration offers a promising approach for electrically controlling the optical phase using integrated electrodes.
Although electro-optic effects have been reported in these materials, their potential for integrated thin-film photonic devices remains largely unexplored. The project will investigate whether these materials can provide efficient and stable optical phase modulation when integrated with SiN. It will combine material characterization, polarization control, device design and fabrication, and electro-optic measurements, with the goal of demonstrating a first integrated phase modulator and establishing design principles for future low-loss electro-optic photonic devices. The thesis will have three main objectives:
- Material characterization and control: Characterize the material's structural, optical and polarization properties, and develop reliable methods to control and measure its polarization state.
- Device design and fabrication: Design and fabricate electro-optic devices based on the optimized material, and evaluate different approaches for integrating it into photonic platforms.
- Device characterization and optimization: Characterize the fabricated devices and evaluate their electro-optic performance, using the results to identify limitations and optimize the material, fabrication process and device design. The project will combine thin-film growth and characterization, optical and electrical measurements, and photonic device fabrication. Ferroelectric films will be grown and characterized to determine their structural, optical and polarization properties. Their polarization state will then be controlled and studied under applied electric fields. Based on these results, photonic devices will be designed and fabricated using standard microfabrication techniques. Finally, the devices will be optically and electrically characterized to evaluate their electro-optic response and identify the main parameters limiting their performance.

Le candidat devra avoir une formation solide en physique, science des matériaux, photonique ou dans un domaine connexe, ainsi qu'un intérêt marqué pour la recherche interdisciplinaire. Des connaissances de base en optique, électromagnétisme et physique du solide sont souhaitées. Une expérience expérimentale en matériaux en couches minces, en mesures optiques ou en microfabrication serait appréciée, sans être indispensable.

Le candidat devra être motivé pour travailler à l'interface entre science des matériaux et photonique intégrée, et être intéressé par l'apprentissage de nouvelles techniques expérimentales et technologiques. De bonnes capacités d'analyse, de l'autonomie, de la curiosité scientifique et une aptitude au travail en équipe sont attendues. Une bonne maîtrise de l'anglais est requise.

• Anglais
• Travail en équipe
• Autonomie
• Esprit d'analyse
• Chimie
• Science des matériaux