H/F Doctorat : Couplage ultrafort pour l'analyse de biomolécules dans la gamme THz

Sujet de thèse :
Les protéines assurent les fonctions essentielles du vivant, du transport de l'oxygène à la photosynthèse. Leur nano-structure complexe dicte cette fonction. Les modifications de cette structure peuvent avoir des conséquences dévastatrices, comme dans les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. D'où la nécessité de disposer de techniques permettant de sonder la nano-structure des protéines. Néanmoins, les techniques existantes se heurtent à des limites lorsqu'elles sont utilisées dans un environnement et des conditions réalistes.
La spectroscopie vibrationnelle dans la gamme des TeraHertz (THz) apparaît comme une alternative prometteuse. Comme les instruments de musique qui produisent des sons dont la fréquence dépend de leur taille, la fréquence des vibrations dépend de la taille de l'objet qui les supporte, et le domaine THz correspond justement à des tailles nanométriques.
Dans le cadre de son doctorat, le candidat participera à la conception et à la mise en œuvre de concentrateurs électromagnétiques dans la gamme des TeraHertz pour étudier des échantillons biologiques, des acides aminés aux microcristaux de protéines, une forme utilisée dans leurs études structurelles.
Plus précisément, la spectroscopie THz est une technique non invasive pour sonder la matière. Cela en fait un outil précieux pour l'identification des matériaux, en particulier dans les échantillons biologiques. Cependant, l'étude des échantillons biologiques dans leur état naturel est limitée par leur petite taille. La plupart des objets biologiques, y compris les protéines, les brins d'ADN, les capsides virales, les cellules ou les bactéries, sont beaucoup plus petits que les longueurs d'onde THz. Ce décalage de taille rend impossible l'utilisation de techniques propagatives pour analyser un objet unique. Pour relever ce défi, des concentrateurs peuvent être utilisés pour améliorer les interactions lumière matière. Ces dispositifs, ont été développé dans notre équipe depuis plusieurs années. Cependant, ils souffrent encore de problème d’injection et d’extraction de la lumière d’une part et nous désirons les intégrer en milieu cryogénique et microfluidique d’autre part.
Missions : Nos premiers résultats nous ont motivés à poursuivre l'optimisation du dispositif à la fois par des méthodes numériques, telles que la FDTD, et par des mesures expérimentales, telles que la spectroscopie et les mesures de rayonnement en champ lointain. Nous nous concentrerons sur la compréhension du couplage entre la lumière entrante et le mode du résonateur.L'objectifs est d'augmenter l'interaction lumière matière dans les dispositifs et de permettre l'inclusion où la croissance des échantillons en leur sein. Enfin, vous ferez fonctionner le dispositif en spectroscopie THz à large bande avec divers échantillons macromoléculaires dans différentes conditions. Enfin, vous modéliserez les expériences.
Contexte :
L’Institut des Nanote
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