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.

Sujet de thèse :
L’optomécanique étudie l’interaction entre lumière et vibrations mécaniques [1]. Par exemple, dans le cas d’une cavité Fabry-Pérot possédant un miroir mobile, les vibrations du miroir (mode mécanique) se couplent avec le champ lumineux (mode optique) pour laisser émerger des mécanismes complexes. Ces dispositifs constituent notamment des plateformes de choix pour l’étude de phénomènes quantiques macroscopiques—comme l’intrication d’oscillateurs qui est au cœur de technologies quantiques émergentes [2]. Par exemple, les réseaux optomécaniques reposent sur l’intrication de la lumière avec de nombreux modes de vibration—c’est-à-dire l’utilisation de plusieurs modes mécaniques dégénérés (i.e., de même fréquence) comme nœuds du réseau [3].

Pour exalter ses propriétés quantiques, un mode mécanique doit être refroidi proche de son état fondamental (c’est-à-dire jusqu’à quelques quanta d’énergie vibrationnelle), ce qui est généralement réalisé en utilisant le champ optique. Malheureusement, lorsqu’on considère plusieurs modes dégénérés, les techniques de refroidissement conventionnelles (conçues pour des modes individuels) ne sont plus applicables. Cette difficulté s’explique par la formation de « dark modes » (c’est-à-dire une hybridation de modes dégénérés), qui se découplent du champ optique et ne peuvent donc pas être refroidis (empêchant ainsi toute manifestation de propriétés quantiques) [4].

Au cours de cette thèse, le ou la candidat(e) implémentera expérimentalement une nouvelle technique de refroidissement visant à réaliser, pour la première fois, le refroidissement de modes dégénérés au sein d’une membrane mécanique. Contrairement aux stratégies antérieures, un modulateur spatial de lumière sera ici utilisé pour moduler spatialement le front d’onde du faisceau lumineux. Une telle modulation permet d’exercer simultanément des forces optiques adaptées sur chaque mode afin de réduire (c’est-à-dire refroidir) leurs vibrations individuelles. L’étudiant(e) sera étroitement encadré(e) par le directeur de thèse et acquerra à la fois des compétences théoriques et expérimentales en optomécanique, en physique quantique ainsi que dans les méthodes d’adaptation du front d’onde.

[1] Aspelmeyer et al., Rev Mod Phys, 2014
[2] Riedinger et al., Nature, 2018
[3] Kimble, Nature, 2008
[4] Lai et al., Phys Rev Letters, 2022
Contexte :
La thèse se déroulera au sein de l'équipe Photonique et Matériaux du laboratoire LOMA de l'Université de Bordeaux. L'étudiant(e) rejoindra l'équipe de Nicolas Bachelard dont l'activité se concentre sur l'optomécanique quantique.

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.

Contraintes et risques :
Risques liés à l'utilisation de laser classe IV dans l'infrarouge. Risques électriques liés à l'utilisation de matériel électronique.