Thèse H/F - Nanophotonique Reconfigurable à base de Matériaux à changement de phase pilotés électriquem

Sujet de thèse :
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 exi
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