Thèse H/F – Nanophotonique Reconfigurable à base de Matériaux à changement de phase pilotés électriquement Temps plein

La nanophotonique est un domaine de recherche mature qui permet de contrôler la lumière par la nanostructuration de la matière, avec des applications industrielles allant des télécommunications aux capteurs en passant par l’énergie verte. De nombreux composants optiques nécessitent un contrôle local de la direction, de l’amplitude ou de la phase du champ électromagnétique. C’est notamment le cas des circuits programmables, des LIDAR ou des modulateurs spatiaux de lumière (SLM), qui permettent, entre autres, le calcul optique, la télédétection et la mise en forme de faisceaux. La plupart de ces dispositifs reposent sur des effets thermo-optiques, des miroirs actionnés mécaniquement ou des cristaux liquides, ce qui limite fondamentalement leur vitesse de fonctionnement, leur taille et leur intégrabilité. Ces composants devenant essentiels pour les voitures à conduite autonome, le calcul neuromorphique ou l’optique adaptative, il est nécessaire de les transformer en vue d’une intégration sur puce et d’une production de masse, ce qui implique de trouver de nouvelles stratégies de modulation en nanophotonique.
Dans cette thèse, nous proposons d’exploiter le potentiel des matériaux à changement de phase (PCM) pour contrôler dynamiquement la réponse optoélectronique de dispositifs photoniques. Plus précisément, nous utiliserons des matériaux de type chalcogénure tels que GeSbTe, Sb2S3 et Sb2Se3, dont l’arrangement atomique peut être modifié de manière contrôlée par un signal optique ou électrique. Cette transition amorphe-cristalline réversible entraîne une très large modulation de l’indice de réfraction, en particulier aux longueurs d’onde du proche infrarouge.
Notre objectif global est de développer l’adressage électrique sélectif d’éléments de pixels individuels d’un dispositif nanophotonique afin d’écrire, d’effacer et de reconfigurer activement des nanodispositifs intégrés en temps réel. Pour cela, il est nécessaire de développer une plate-forme PCM intégrée fonctionnelle à faible perte pour la photonique, avec des applications potentielles pour le calcul optique, la mise en forme de faisceaux et l’affichage holographique.
Ce projet de doctorat vise donc à débloquer les obstacles scientifiques suivants : (i) étudier les propriétés thermiques – actuellement mal comprises – des PCM ; (ii) concevoir des micro-heaters intégrés efficaces sur puce via des modélisations multiphysiques ; (iii) fabriquer et caractériser des dispositifs à base de PCM dont la phase est contrôlée électriquement via des micro-heaters intégrés, pour démontrer des métasurfaces pour le calcul optique et pour la mise en forme de faisceaux.
Le contrôle de l’état individuel de chaque pixel à base de PCM permettra des dispositifs photoniques programmables en temps réel ou l’écriture à la demande de métasurfaces pour des applications allant de l’affichage holographique au calcul optique. Contrairement aux solutions existantes à l’échelle micrométrique (cristaux liquides, micro-miroirs, etc.), les PCMs permettront de travailler à l’échelle nanométrique à une vitesse beaucoup plus élevée. Les techniques de reconfiguration intégrées basées sur le contrôle sélectif d’éléments à base de PCM via des impulsions électriques peuvent conduire à une percée dans le domaine de la photonique reconfigurable, promettant des dispositifs innovants tels que des LiDAR compacts pour les véhicules autonomes, des composants pour la mise en forme de faisceaux pour l’analyse biologique ou de nouveaux réseaux neuronaux photoniques reconfigurables. Le candidat profitera de l’environnement scientifique stimulant de l’INL, ainsi que des installations scientifiques et technologiques disponibles dans le laboratoire, hébergées en particulier par la plateforme technologique Nanolyon.Le candidat doit avoir une solide formation en science des matériaux, en génie électrique et en photonique, une forte motivation pour les conceptions multiphysiques, le travail technologique et expérimental ainsi que de bonnes aptitudes sociales pour mener à bien ses recherches dans un contexte de collaboration dense. Le candidat recevra une solide formation en nanofabrication dans un environnement de salle blanche. De même, il/elle développera des compétences en caractérisation électro-optique de dispositifs nanophotoniques. Les compétences acquises au cours de la thèse permettront de poursuivre une carrière académique ou de travailler dans l’industrie (microélectronique, R&D, ingénierie et management).Contexte de travailL’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL) a pour vocation de développer des recherches technologiques multidisciplinaires dans le domaine des micro et nanotechnologies et de leurs applications. Les recherches menées s’étendent des matériaux aux systèmes. Le laboratoire s’appuie sur la plate-forme technologique lyonnaise NanoLyon.
Les domaines d’application couvrent de grands secteurs économiques : l’industrie des semiconducteurs, les technologies de l’information, les technologies du vivant et de la santé, l’énergie et l’environnement.
Le laboratoire est multi-sites avec des localisations sur les campus d’Ecully et de Lyon-Tech La Doua. Il regroupe environ 200 personnes dont 121 personnels permanents. L’INL est un acteur majeur du Pôle de Recherche et d’Enseignement.
Ce poste se situe dans un environnement innovant, à la pointe des technologies du futur, dans des secteurs stratégiques applicatifs.Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l’autorité compétente du MESR.

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