7 sujets INAC/PHELIQS

Dernière mise à jour : 20-02-2018


• Physique du solide, surfaces et interfaces

• Physique mésoscopique

• Physique théorique

 

Analyse et contrôle de bactéries par microcavité optique

SL-DRF-18-0072

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire Silicium Nanoélectronique Photonique et Structures (SINAPS)

Grenoble

Contact :

Emmanuel PICARD

Pierre R. MARCOUX

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Emmanuel PICARD

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/SINAPS

04 38 78 90 97

Directeur de thèse :

Pierre R. MARCOUX

CEA - DRT/DTBS/SBSC/LCMI

04 38 78 15 04

La pression de radiation est la force exercée par la lumière lorsqu’elle rencontre ou traverse un objet. Cette force si petite soit-elle peut permettre de déplacer ou manipuler, à la manière d’une mini pince, des objets de dimension micrométrique. Généralement mis en œuvre au travers d’un microscope, on parle alors de pince optique.

Le laboratoire à une longue expérience dans l’étude des microcavités à cristaux photoniques, il y a été démontré que les microcavités optiques dans la filière SOI, permettent de réaliser un confinement extrêmement efficace du champ électromagnétique, tant du point de vue spectral que spatial. La mise en évidence et la quantification les forces optiques (pression de radiation et gradient) générées par ces microcavités a été obtenue par l'observation du mouvement de particules micrométriques placées en solution à proximité des structures. Il a pu ainsi être démontré que ces systèmes optofluidiques permettent le piégeage, l’assemblage, la manipulation et le tri de micro-nano objets en suspension. Nous avons franchi une étape supplémentaire en réussissant à identifier une bactérie piégée sur le piège grâce à sa signature optique.

Dans le cadre de ce sujet de thèse, nous envisageons de poursuivre ces études en évaluant les potentialités de ces technologies optofluidiques dans le domaine de la biologie cellulaire. Une première étape sera de faire évoluer les composants vers un système intégré permettant de conserver une viabilité cellulaire compatible avec les contraintes des mesures spectroscopiques. L'objectif final de cette thèse sera de proposer un système optofluidique silicium permettant d’analyser et/ou contrôler dynamiquement le comportement d’une cellule en fonction d’agent extérieur (antibiotique, chaleur, nourriture). Les travaux seront conduits en collaboration avec les équipes spécialisées dans les technologies du vivant et de la santé.

Croissances avancées de nanostructures verticales 1D en AlGaN pour l’emission UV

SL-DRF-18-0392

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Nano Physique des Semi-Conducteurs (NPSC)

Grenoble

Contact :

Christophe DURAND

Joël EYMERY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Christophe DURAND

UGA - DRF/INAC/PHELIQS/NPSC

04 38 78 19 77

Directeur de thèse :

Joël EYMERY

CEA - DRF/INAC/MEM/NRS

04 38 78 30 15

La croissance par MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) de nanofils de GaN entourés de puits quantiques GaN/InGaN a été longuement étudiée au laboratoire et est aujourd’hui parfaitement maitrisée [1]. Ceci est une avancée importante car cela rend envisageable la fabrication et la production industrielle de LED à nanofils pour l’émission de lumière dans le visible (couleur bleue, verte et blanche).

Dans le même esprit, nous souhaitons développer de nouvelles nanostructures verticales 1D pour l’émission de lumière dans l’UV. Des résultats pionniers et prometteurs ont été obtenus au laboratoire à l’aide de puits quantiques GaN/InAlN épitaxiés autour des fils de GaN avec une émission à 330 nm jusqu’à la température ambiante [2]. A partir d’un simple recuit in situ, nous avons démontré la possibilité de graver le cœur des fils en GaN tout en préservant les propriétés optiques des puits quantiques. Ainsi, nous avons réalisé pour la première fois des tubes à puits quantiques présentant d’excellentes propriétés optiques [3].

Le but de la thèse est de développer de nouveaux puits quantiques du type GaN/AlGaN ou AlGaN/AlN sur des nanostructures 1D (fils, tubes, bandes), afin de pouvoir atteindre des longueurs d’ondes d’émission dans l’UV lointain (<280 nm) capable de détruire des bactéries. Il s’agit d’un enjeu majeur pour le développement des LED UV, car cela permettrait d’envisager de nouvelles applications telles que le traitement de l’eau ou la stérilisation. Cette étude a pour ambition de mieux connaître la potentialité des nanostructures 1D pour émettre de l’UV lointain. Ce type de nanostructures 1D à puits quantiques permet aussi d’envisager la réalisation de détecteur IR inter-sous-bande dans le domaine du THz.

Le développement de plusieurs étapes seront nécessaires pour mener à bien ce projet de thèse : (i) la réalisation de nanostructures 1D en Al(Ga)N en combinant croissance et gravure sélective, (ii) l’épitaxie de puits quantiques à base d’AlGaN sur ces nanostructures, (iii) la caractérisation poussée structurale et optique et (iv) le design de nouveaux dispositifs et leurs réalisations. La thèse s’appuiera sur un réseau de collaborateurs bien connus (C2N, EPFL, Univ. Tyndall…) pour progresser efficacement.

Le travail est essentiellement expérimental permettant d’explorer des phénomènes fondamentaux à l’échelle nanométriques tout en participant à une thématique de recherche particulièrement active sur le développement des nouveaux dispositifs LED pour l’UV.



[1] R. Koester et al., Nano Lett. 11, 4839 (2011).

[2] C. Durand et al., ACS Photonics 1, 38 (2014).

[3] C. Durand et al., Nano Lett. 17, 3347 (2017).



Étude théorique de matériaux et systèmes magnétocaloriques avancés

SL-DRF-18-0177

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Groupe Théorie (GT)

Grenoble

Contact :

Mike ZHITOMIRSKY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Mike ZHITOMIRSKY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.43.30

Directeur de thèse :

Mike ZHITOMIRSKY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.43.30

Labo : http://inac.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=1157

Un champ magnétique externe affecte l'entropie d'un système magnétique et provoque des variations de température qui peuvent être utilisées pour la réfrigération magnétique. Une technologie de refroidissement alternative de ce type est de plus en plus importante aujourd'hui pour les télescopes spatiaux, les expériences en physique des particules et l'informatique quantique. A ce jour, la plupart des réfrigérateurs à désaimantation adiabatique utilisent des sels paramagnétiques qui ont une capacité limitée pour des températures supérieures à 1 K. Récemment, deux nouvelles familles de matériaux magnétocaloriques adaptées aux applications dans la gamme de température 1-4 K ont été proposées : des systèmes de spins à géométrie frustrée et des aimants dipolaires. Nous envisageons d'étudier les propriétés magnétocaloriques de ces matériaux en utilisant des simulations Monte Carlo de modèles de spin appropriés pour les matériaux connus, tels que Gd3Ga5O12 et GdLiF4, ainsi que pour les matériaux magnétocaloriques prospectifs, Yb2Ti2O7 et Yb3Ga5O12. L'étude théorique bénéficiera d'une collaboration avec les études expérimentales en cours à l'INAC.

Étude théorique des effets thermiques sur la dynamique de spin

SL-DRF-18-0324

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Groupe Théorie (GT)

Grenoble

Contact :

Mike ZHITOMIRSKY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Mike ZHITOMIRSKY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.43.30

Directeur de thèse :

Mike ZHITOMIRSKY

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.43.30

Les simulations informatiques jouent un rôle de plus en plus important dans notre compréhension de la Nature. La modélisation Monte Carlo de systèmes de spin est l'une des véritables histoires à succès des études théoriques assistées par ordinateur. Cependant, les études numériques et analytiques des propriétés dynamiques des systèmes magnétiques sont beaucoup moins matures. La majorité des études théoriques utilisent les équations phénoménologiques Landau-Lifshitz-Gilbert.

Ce projet de thèse est concentré sur une approche microscopique alternative basée sur les Hamiltoniens de spin qui décrivent les interactions entre les moments magnétiques atomiques. Les calculs numériques de dynamique de rotation en temps réel doivent être combinés avec les calculs thermiques de Monte Carlo. Cela permettra de modéliser des matériaux magnétiques à une température arbitraire au-dessus et au-dessous des transitions magnétiques possibles. Les résultats obtenus seront directement pertinents pour une large gamme d'études expérimentales effectuées sur les installations de neutrons et de synchrotron ainsi que pour le domaine de la spintronique et du nanomagnétisme.

Couplage d'un bit quantique CMOS à un photon micro-onde

SL-DRF-18-0566

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (LATEQS)

Grenoble

Contact :

Romain MAURAND

Marc SANQUER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Romain MAURAND

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

0438783732

Directeur de thèse :

Marc SANQUER

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS

04 76 38 43 67

With the miniaturization of electronic devices, the semiconductor industry has to deal with complex technical barriers and is forced to introduce novel and innovative concepts. The present project is exactly in line with this new paradigm as it proposes to divert CMOS technology to explore a new path for quantum spintronics. Concretely the project aims at using spin-orbit interaction present in the valence band of silicon to drive ultra-fast and ultra-coherent hole spin quantum bits (qubits). The project builds on the first demonstration by our Lab of a hole spin qubit electrically driven in silicon.

While spins are excellent quantum bits, their long-range coupling remains a challenge to tackle towards complex quantum computing architectures. Here we propose to take up this challenge using a microwave photon as a quantum mediator between qubits in silicon. The project presents a unique approach by leveraging a standard silicon-on-insulator CMOS process for the implementation of the qubits co-integrated with superconducting microwave resonators.

In this project you will work with silicon CMOS hole spin qubits to explore the physical limitations to hole spin coherence and to qubit gate fidelity. You will fabricate superconducting microwave resonators on silicon co-integrated eventually with the spin qubits. You will work at temperatures as low as 10 mK and magnetic fields as high as 9 Tesla. High frequency electronic measurements to manipulate the spin states and to readout the superconducting resonators will be applied.

Effet des interactions sur les propriétés topologiques de jonctions Josephson multiterminales

SL-DRF-18-0289

Domaine de recherche : Physique théorique
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Groupe Théorie (GT)

Grenoble

Contact :

Julia MEYER

Manuel HOUZET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Julia MEYER

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.31.46

Directeur de thèse :

Manuel HOUZET

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.90.44

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/manuel.houzet/

Labo : http://inac.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=501

Les matériaux topologiques sont des phases de la matière condensée qui admettent des états topologiquement protégés à leurs bords. Une voie prometteuse pour les réaliser consiste à combiner différents matériaux conventionnels pour obtenir des hétérostructures présentant ces propriétés. Une alternative consiste à étudier des jonctions Josephson multiterminales formées entre des supraconducteurs conventionnels. Par exemple, des jonctions à 4 terminaux peuvent admettre des états liés topologiquement protégés à énergie nulle et qui réalisent ce qu’on appelle des singularités de Weyl. Leur existence peut être révélée grâce à une transconductance quantifiée, comme dans l'effet Hall quantique, mais en absence de champ magnétique. Le but du projet sera d'explorer cette idée récente en étudiant d’un point de vue théorique la robustesse de cette prédiction en présence de répulsion Coulombienne à l’intérieur de la jonction. En particulier, la présence de singularités de Weyl sera analysée dans un modèle concret d’îlots quantiques connectés à des supraconducteurs.

Transport quantique dans des jonctions Josephson topologiques polarisées en tension

SL-DRF-18-0281

Domaine de recherche : Physique théorique
Laboratoire d'accueil :

Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques (PHELIQS)

Groupe Théorie (GT)

Grenoble

Contact :

Manuel HOUZET

Julia MEYER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Manuel HOUZET

CEA - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.90.44

Directeur de thèse :

Julia MEYER

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/PHELIQS/GT

04.38.78.31.46

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/julia.meyer/

Labo : http://inac.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=501

Topological phases of matter have attracted much interest in recent years. Topological superconductors are of particular interest because they may host Majorana bound states [1]. Josephson junctions have been proposed as probes of topological superconductivity, and possible signatures of such Majorana bound states in topological Josephson junctions have indeed been observed [2,3,4]. However, important aspects related to the effect of the environment on the properties of the junction are still not fully understood. The aim of the thesis is to make progress in the understanding of quantum transport in voltage-biased topological Josephson junctions in the presence of an electromagnetic environment.

 

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