Le Centre national de la recherche scientifique est un organisme public de recherche pluridisciplinaire placé sous la tutelle du ministère de l’Enseignement supérieure et de la Recherche. Créé en 1939 et dirigé par des scientifiques, il a pour mission de faire progresser la connaissance et être utile à la société dans le respect des règles d’éthique, de déontologie et d’intégrité scientifique.

Missions :
Les centres colorés — défauts atomiques émettant des photons uniques — constituent des sources de lumière quantique stables et peuvent héberger des spins contrôlables pour des mémoires quantiques. L’intégration des propriétés de spin et de la photonique permet d’envisager des réseaux quantiques efficaces basés sur l’intrication. Leur implantation dans le silicium garantit une compatibilité avec les technologies existantes, ainsi qu’une mise à l’échelle favorable à la communication et au calcul quantique. Le couplage mécanique des spins dans le silicium, notamment via les ondes acoustiques de surface (SAWs), ouvre la voie à des systèmes quantiques hybrides. L’objectif du projet est de démontrer le contrôle mécanique de spins dans le silicium (Er, centre T) à l’aide de SAWs, constituant une première étape vers le couplage cohérent de qubits de spin distant.
Activités :
Pour démontrer la modulation mécanique d’un émetteur à photon unique dans le silicium, nous développerons d’abord des dispositifs SAW sur des centres G. Ces centres, produits en collaboration avec le CEA Grenoble sur des substrats SOI via implantation de carbone et d’hydrogène, seront intégrés dans des micro-piliers photoniques couplés à des dispositifs SAW composés de transducteurs interdigités (IDTs) déposés sur une couche de ZnO.
La contrainte des SAW modulera la fréquence d’émission d’un centre G, permettant d'évaluer l’efficacité électromécanique des dispositifs. Des SAWs contre-propagatives, générées par deux IDTs, formeront une onde stationnaire dont la phase pourra être ajustée afin d’optimiser le couplage à la cavité optique.
Une fois ces dispositifs entièrement maîtrisés sur des émetteurs uniques dans SOI, la technique sera appliquée à des interfaces spin–photon, notamment les centres T et l’Er, qui sont des émetteurs moins efficaces. Les centres T seront produits et optimisés par recuit de SOI implanté en C et H. Les dispositifs développés pour les centres G seront transposés aux échantillons de centres T, et un dispositif de pompage optique résonant des spins dans les micro-piliers sera mis en place. La fluorescence résonante sous excitation SAW permettra de sonder la modulation optique, tandis que la combinaison du pompage optique, des SAWs et d’un champ magnétique permettra de démontrer le contrôle mécanique des spins des centres T dans le régime des bandes latérales.
Dans les échantillons SOI dopés erbium, fournis par nos partenaires de l’Université de Munich, des transducteurs SAW seront intégrés à des structures de guides d’ondes afin de réaliser la spectroscopie d’un petit ensemble inhomogène (zone implantée) et de fournir une mesure du couplage acoustique aux transitions optiques et de spin de l’erbium.

Contexte de travail :
Les travaux seront réalisés à l’Institut Néel, laboratoire de recherche CNRS–UGA situé à Grenoble. L’implantation de centres colorés dans le silicium sera menée en collaboration
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Le Centre national de la recherche scientifique est l’une des plus importantes institutions publiques au monde : 34 000 femmes et hommes (plus de 1 000 laboratoires et 200 métiers), en partenariat avec les universités et les grandes écoles, y font progresser les connaissances en explorant le vivant, la matière, l’Univers et le fonctionnement des sociétés humaines. Depuis plus de 80 ans, y sont développées des recherches pluri et interdisciplinaires sur tout le territoire national, en Europe et à l’international. Le lien étroit que le CNRS tisse entre ses missions de recherche et le transfert vers la société fait de lui un acteur clé de l’innovation en France et dans le monde. Le partenariat qui le lie avec les entreprises est le socle de sa politique de valorisation et les start-ups issues de ses laboratoires (près de 100 chaque année) témoignent du potentiel économique de ses travaux de recherche.

Competences :
Expérience des procédés de salle blanche appliqués à la fabrication et à la caractérisation de dispositifs nanophotoniques ou nanoélectroniques.
Expérience en spectroscopie optique de matériaux à l’état solide ou de dispositifs optoélectroniques.
Une expérience en optique dans la bande télécom serait un atout.

Contraintes et risques :