Thèse Contrôle de l'Interface Photonique de Centres Colorés Individuels Intégrés dans le Silicium H/F

Détail du poste Établissement : Université de Montpellier École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes Laboratoire de recherche : L2C - Laboratoire Charles Coulomb Direction de la thèse : Guillaume CASSABOIS ORCID Début de la thèse : Date limite de candidature : 2026-07-27T23:59:59 Depuis la récente isolation à l'échelle individuelle de défauts fluorescents du silicium, le domaine de recherche lié aux technologies quantiques à base de centres colorés individuels du silicium est en plein essor. Grâce à la forte maturité de la plateforme silicium, des progrès rapides ont été atteints en seulement quelques années sur l'ingénierie et l'intégration en cavités photoniques de ces émetteurs de photons uniques dans le domaine télécom. Pour le développement des applications quantiques, telles que la photonique quantique intégrée ou les communications quantiques à grande distance, l'enjeu est de pouvoir contrôler l'interface optique de ces centres colorés individuels de manière cohérente. Ce projet de thèse vise à comprendre et contrôler les propriétés de cohérence optique de centres colorés individuels intégrés dans des cavités photoniques à base de silicium. Le premier objectif est d'analyser la structure fine optique et la stabilité des raies d'émission par spectroscopie d'excitation résonante. L'impact du phénomène de diffusion spectrale sur les largeurs optiques sera étudié de manière rigoureuse, ainsi que la photo-dynamique de ces émetteurs individuels sous excitation optique résonante. La deuxième étape sera de démontrer l'émission de photons uniques indiscernables par des défauts uniques fluorescents, en réalisant une expérience de coalescence de photons dite expérience de 'Hong-Ou-Mandel'. L'influence de l'environnement et des étapes de nanofabrication sur les temps de cohérence optiques de ces émetteurs individuels sera examinée. Enfin, le contrôle de la longueur d'onde des raies d'émission de différents défauts sera exploré en utilisant l'effet Stark et/ou une ingénierie de la déformation du cristal. L'objectif final de cette thèse est de montrer une émission de photons uniques indiscernables entre deux centres colorés intégrés dans des cavités photoniques en silicium séparées spatialement. Bien que les défauts fluorescents du silicium aient été étudiés de manière exhaustive pendant plus d'un demi-siècle, leur étude à l'échelle individuelle a débuté seulement récemment, avec la première détection optique d'un défaut unique dans le silicium démontré en 2020 [1]. En plus d'être hébergés dans une plateforme adaptée aux procédés industriels CMOS de nanofabrication à large échelle, ces centres colorés émettent des photons uniques dans le domaine infrarouge, comprenant les longueurs d'onde télécom adaptées à la propagation dans les fibres optiques sur de grandes distances. Motivées par les applications potentielles pour les communications quantiques et la photonique quantique intégrée, ce champ de recherche est en plein essor. En cinq ans, plus de onze familles de centres colorés individuels ont été isolées à l'échelle individuelle dans le silicium [2,3]. Certains défauts possédent même un degré de liberté quantique supplémentaire associé à un spin électronique non nul, dont l'état peut être détecté par voie optique [4,5]. Grâce au haut degré de maturité des procédés de nanofabrication du silicium, l'intégration de défauts uniques dans des cavités photoniques a démontrée une exaltation de l'émission de photons uniques par effet Purcell pour cinq types de défauts différents. L'ingénierie de centres colorés individuels avec un positionnement déterministe a été démontrée par faisceaux d'ions focalisés, implantation ionique au travers de masques avec des nanotrous ou encore par écriture laser. Comme pour tous les émetteurs individuels à l'état solide, le véritable challenge pour les centres colorés du silicium est le contrôle de leur interface photonique. Les temps de cohérence optique limités de ces défauts réduisent fortement le degré d'indiscernabilité des photons uniques émis, entravant la génération d'intrication à distance. Les mécanismes de décohérence optique sont en outre considérablement renforcés quand les centres colorés sont intégrés dans des structures photoniques, nécessaires pour les applications quantiques. Le profil recherché - Connaissance solide en physique quantique - Expérience sur les montages optiques- Maîtrise du langage de programmation Python- Bonne maîtrise de l'Anglais parlé, lu et écrit- Bonnes compétences en communication et capacité de travailler en équipe