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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-18-0961

DOMAINE DE RECHERCHE
Interactions rayonnement-matière / Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français English

Contrôle spatio-temporel de la génération d'harmoniques dans les semiconducteurs pour l'émission d'impulsions attosecondes

RÉSUMÉ DU SUJET

La nano-photonique ultrarapide est un domaine scientifique émergeant grâce aux progrès extraordinaires de la nanofabrication et des lasers ultrabrefs. La stimulation de champs électriques extrêmement intenses dans des dispositifs photoniques nanostructurés a le potentiel de créer des nano-sources de photons énergétiques ou de particules ouvrant de vastes applications dans la science et dans l'industrie. L’optoélectronique s'étend depuis peu au régime hautement non linéaire. Un impact récent de cette capacité de contrôler la réponse des électrons excités dans la bande de conduction par un champ fort est l'émergence de la génération d'harmoniques élevés (HHG) dans les cristaux [1-6]. Les semi-conducteurs 2D et 3D présentent des propriétés de haute mobilité électronique qui permettent de conduire de manière cohérente des courants d'électrons intenses dans la bande de conduction. Les HHG sont émis lorsque ces électrons se recombinent vers la bande de valence. Il s'agit d'un phénomène pur non-perturbatif qui se produit efficacement dans une couche de de 10 à 100 nanomètres d’épaisseur et jusqu'à une couche atomiquement mince [5,6]. Le fort courant d'électrons à partir duquel les harmoniques prennent origine peut être manipulé dans l'espace et dans le temps. Le projet de thèse se concentrera sur la forte localisation spatiale et temporelle, à l'échelle du cycle optique unique [7,8], du processus de génération d'harmoniques. Ce contrôle peut non seulement révolutionner la science attoseconde mais aussi préparer une nouvelle génération de dispositifs ultrarapides UV/visibles à des systèmes optoélectroniques à rayons X cohérent. Basé sur l'expertise, les ressources expérimentales et théoriques du groupe, le candidat cherchera des moyens efficaces de renforcer le régime d'interaction par amplification plasmonique et confinement de champ pour la génération de sources harmoniques à l'échelle nanométrique et attoseconde dans les semi-conducteurs. Une attention particulière sera accordée aux matériaux 2D tels que le graphène, MoS2 et h-BN. La génération d'impulsions attosecondes sera également étudiée en utilisant des mesures de phase harmonique disponibles au CEA (techniques RABBITT, FROG). Nous allons également développer un échantillon original nanostructuré qui permettra de générer une impulsion attoseconde unique en se basant sur le concept du phare attoseconde.

La thèse se déroulera dans l'installation NanoLight, un tout nouveau laboratoire équipé de deux sources laser: un OPCPA intense de 100kHz, quelques cycles optiques (accordable de 1,5 à 3,4 µm) et un laser fibrée à 2µm et sur les installations ATTOLAB équipées de lasers Ti: Sa CEP- stables et équipé de métrologie attoseconde.

1. Ghimire, S. et al. Observation of high-order harmonic generation in a bulk crystal. Nat. Phys. 7, 138–141 (2011).

2. Luu, T. T. et al. Extreme ultraviolet high-harmonic spectroscopy of solids. Nature 521, 498–502 (2015).

3. Ndabashimiye, G. et al. Solid-state harmonics beyond the atomic limit. Nature 534, 520–523 (2016).

4. You, Y. S., et al. Anisotropic high-harmonic generation in bulk crystals. Nat. Phys. 13, 345–349 (2017).

5. Liu H. et al. High-harmonic generation from an atomically thin semiconductor. Nature Physics 13, 262–265 (2017).

6. Yoshikawa, N., et al. High-harmonic generation in graphene enhanced by elliptically polarized light excitation. Science, 356, 736-738 (2017).

7. Hohenleuter, M. et al. Real-time observation of interfering crystal electrons in high-harmonic generation. Nature 523, 572-575 (2015).

8. Langer, F. et al., Lightwave-driven quasiparticle collisions on a subcycle timescale. Nature 533, 225–229 (12 May 2016).

9. Franz et al. submitted to Science Advances arXiv:1709.09153

10. Shaaran, T et al. Nano-Plasmonic near Field Phase Matching of Attosecond Pulses. Scientific Reports 2017, 7, 6356.

11. Shi, L. et al. Self-Optimization of Plasmonic Nanoantennas in Strong Femtosecond Fields. Optica 2017, 4, 1038–1043.

12. Nicolas R. et al. Plasmon-Amplified Third Harmonic Generation in metal/dielectric resonators, submitted to ACS Nano (2017).

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers
Attophysique
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2018
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Willem Boutu  

CEA
DRF/IRAMIS/LIDYL/ATTO
Centre d'Etudes de Saclay,
Bât.522
91191 Gif sur Yvette

Téléphone : +33 1 69 08 51 63

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Ondes et Matière
DIRECTEUR DE THÈSE

Hamed MERDJI

CEA
DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO
DRF/IRAMIS/LIDYL/ATTO
Centre d'Études de Saclay,
Bât.522
91191 Gif-sur-Yvette