Thèse Contrôle par Champ Électrique de Boîtes Quantiques à Base de Nanofils Cdse - Znse pour les Communications Quantiques Avancées H/F - 38

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS
Direction de la thèse : Kuntheak KHENG ORCID 0009000485285638
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59

Contexte scientifique et motivation :
Les boîtes quantiques (QD) intégrées dans des nanofils semi-conducteurs (NWQD) forment une plateforme révolutionnaire pour les technologies quantiques, grâce à leur architecture 3D unique : extraction optimisée de la lumière, interaction lumière-matière renforcée, et intégration aisée avec les circuits photoniques. Ces propriétés en font des candidats idéaux pour générer des photons uniques et des paires intriquées, ressources clés pour la communication et l'informatique quantiques. Parmi elles, les QD CdSe/ZnSe se distinguent par leur émission dans le bleu-vert (450-580 nm), compatible avec une communication quantique à la fois aérienne et sous-marine. Leur plein potentiel reste cependant limité par l'absence de contrôle dynamique in situ de leurs propriétés optoélectroniques, un défi à relever pour des applications avancées.

Objectifs :
Ce projet de thèse a pour objectif de développer un système de contrôle électrique de boîtes quantiques (QD) de CdSe isolées, intégrées dans des nanofils de ZnSe agissant comme guides d'onde photoniques. L'étude se concentrera sur les effets et avantages du contrôle par champ électrique sur les propriétés optiques des QD, un levier puissant pour (i) ajuster les longueurs d'onde d'émission via l'effet Stark confiné, (ii) réduire l'impact des charges parasites, limitant l'élargissement spectral et préservant le temps de cohérence des photons, (iii) supprimer la structure fine de l'exciton, permettant ainsi la génération de paires de photons intriqués en polarisation.
Ce travail vise à démontrer expérimentalement ces capacités, essentielles pour la communication quantique (accord de longueur d'onde pour les télécommunications, indistinguabilité des photons pour les répéteurs quantiques), et l'informatique quantique (génération de ressources photoniques contrôlées). Il portera sur :
1.la conception et études par simulation numérique du couplage NWQD/guide d'onde et de l'effet du champ électrique,
2.l'intégration de NWQD avec un guide d'onde et des électrodes métalliques à l'aide de la lithographie par faisceau d'électrons et de techniques de nanofabrication,
3.la croissance de NWQD avec un contact métallique en or,
4.l'étude de la réponse optique et électronique des QD à nanofils sous champs électrique, en mettant l'accent sur l'accordabilité, la cohérence et l'indiscernabilité des photons.
Ce projet de thèse représente un défi scientifique et technologique de premier plan et contribuera au développement de sources de photons uniques efficaces et de haute qualité dans le domaine spectral bleu-vert pour les communications quantiques.

Les boîtes quantiques (QD) intégrées dans des nanofils semi-conducteurs (NWQD) forment une plateforme révolutionnaire pour les technologies quantiques, grâce à leur architecture 3D unique : extraction optimisée de la lumière, interaction lumière-matière renforcée, et intégration aisée avec les circuits photoniques. Ces propriétés en font des candidats idéaux pour générer des photons uniques et des paires intriquées, ressources clés pour la communication et l'informatique quantiques. Parmi elles, les QD CdSe/ZnSe se distinguent par leur émission dans le bleu-vert (450-580 nm), compatible avec une communication quantique à la fois aérienne et sous-marine. Leur plein potentiel reste cependant limité par l'absence de contrôle dynamique in situ de leurs propriétés optoélectroniques, un défi à relever pour des applications avancées.

Ce projet de thèse a pour objectif de développer un système de contrôle électrique de boîtes quantiques (QD) de CdSe isolées, intégrées dans des nanofils de ZnSe agissant comme guides d'onde photoniques. L'étude se concentrera sur les effets et avantages du contrôle par champ électrique sur les propriétés optiques des QD, un levier puissant pour (i) ajuster les longueurs d'onde d'émission via l'effet Stark confiné, (ii) réduire l'impact des charges parasites, limitant l'élargissement spectral et préservant le temps de cohérence des photons, (iii) supprimer la structure fine de l'exciton, permettant ainsi la génération de paires de photons intriqués en polarisation.
Ce travail vise à démontrer expérimentalement ces capacités, essentielles pour la communication quantique (accord de longueur d'onde pour les télécommunications, indistinguabilité des photons pour les répéteurs quantiques), et l'informatique quantique (génération de ressources photoniques contrôlées).

Nanofabrication en salle blanche, croissance par épitatie par jets moléculaires (MBE), caractérisation structurale par microscopie électronique à balayage, caractérisations optiques (photoluminescence) avancée telles des mesures de corrélation de photons.