Thèse sciences des matériaux : développement de matériaux vitreux et couches minces de chalcogénures pour la photonique dans le proche et moyen infrarouge (h/f)

Informations générales

Intitulé de l'offre : Thèse Sciences des matériaux : Développement de matériaux vitreux et couches minces de chalcogénures pour la photonique dans le proche et moyen infrarouge (H/F)
Référence : UMR6226-VIRNAZ-007
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : RENNES
Date de publication : mardi 15 avril 2025
Type de contrat : CDD Doctorant
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 15 octobre 2025
Quotité de travail : Complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2200,00 € mensuel
Section(s) CN : 15 - Chimie des matériaux, nanomatériaux et procédés

Description du sujet de thèse

Les verres de chalcogénure possèdent des propriétés optiques très singulières et une versatilité importante de moyen de fabrication (fusion-trempe, fibrage, PVD, CVD, frittage SPS, échange ionique, impression 3D…) permettant l'obtention de lentilles, de fibres conventionnelles ou micro-structurées, de films minces, de circuits intégrés photoniques (PIC). Les principales propriétés optiques, qui différencient les verres de chalcogénures de leurs homologues oxydes ou fluorures, sont i) la large transparence intrinsèque dans l'infrarouge qui peut s'étendre jusqu'à 25 µm avec les verres riches en tellure, ii) la haute efficacité d'émission de fluorescence des ions de terres rares, qui se traduit par une luminescence à des longueurs d'onde inaccessibles avec d'autres verres, notamment dans l'infrarouge moyen, iii) les indices de réfraction non linéaires élevés, qui permettent l'apparition de phénomènes non linéaires efficaces. La photonique intégrée offre, par ailleurs, des solutions technologiques prometteuses pour les applications en optique non-linéaire, basées sur une fluorescence infrarouge ou tournées vers les capteurs. Plusieurs matériaux sont à l'étude pour exploiter ces effets dans l'infrarouge. Par exemple, la génération de supercontinuum et de peignes de fréquences optiques pourraient avoir un impact important sur l'évolution des télécommunication ou des capteurs. Ainsi comme évoqué, les verres de chalcogénures sont des matériaux particulièrement avantageux dans ce contexte du fait de leurs fortes non linéarités, leurs luminescences et leurs transparences dans une grande gamme spectrale de l'infrarouge [1-3]. Cependant, ils ne bénéficient pas de la maturité technologique d'une plateforme de photonique en silicium. Le projet de thèse a pour objectif d'associer les atouts de ces deux matériaux en formant une plateforme hybride ou plutôt une hétérostructure de chalcogénures-sur-silicium. La thèse vise tout particulièrement la synthèse de verres de chalcogénures qui serviront de matériaux cibles pour l'optimisation et la caractérisation de couches minces de chalcogénures. Ces matériaux développés au cours de cette thèse serviront à la fabrication de composants intégrés en veillant à leur compatibilité avec les circuits photoniques complexes sur silicium. Cette nouvelle plateforme composée de deux matériaux chalcogénures-sur-silicium sera développée en collaboration avec des doctorants et des chercheurs de l'Institut Foton (Université de Rennes) et de l'équipe C2N (Université Paris-Saclay) en visant pour application la génération : i) de supercontinuum et de peignes de fréquences dans le proche et le moyen infrarouge, ii) de sources de lumière à large bande et accordables dans l'infrarouge moyen, iii) de capteurs optiques miniaturisés. Ainsi, la collaboration renforcée avec l'I. FOTON (Université de Rennes) et le C2N (Université Paris Saclay) permettra à partir de ces matériaux chalcogénures la fabrication de circuits photoniques chalcogénures et hybrides chalcogénures-sur-silicium/Si3N4 et la réalisation des fonctions optiques désirées.

La thèse se déroulera à l'ISCR et elle consistera en la mise au point de la formulation chimique des couches minces et verres massifs servant de cibles pour les dépôts, la fabrication de cibles de verres de chalcogénures avec un haut contrôle de la pureté des matériaux, la fabrication de film mince chalcogénures par pulvérisation cathodique et éventuellement par évaporation (EBD et thermique). Une phase importante en sciences des matériaux touchera la caractérisation des verres et des films minces en mettant en place une méthodologie pour analyser la composition chimique, la morphologie, la topographie, l'indice de réfraction, le band-gap optique, la transmission/réflexion, l'organisation structurale (Raman, XPS, EXAFS) de ces matériaux, et l'utilisation de plans d'expérience et de modèle prédictif des propriétés optiques. Tous ces développements et caractérisations passeront par une phase de formation adaptée au sujet de la thèse au sein de l'institut ISCR tout au long de la thèse suivant les besoins.
Le ou la devra être titulaire d'un diplôme d'ingénieur et/ou d'un Master 2 avec un profil et de solides connaissances en sciences des matériaux, chimie du solide ou physique du solide, idéalement avec une bonne base en optique. Une forte appétence dans le domaine de la synthèse et la caractérisation des matériaux est primordial pour ce sujet de thèse. Le doctorat nécessite un esprit d'analyse et de synthèse, une aisance pour travailler en autonomie tout en privilégiant une communication fluide et efficace visant à favoriser l'avancement du projet de recherche, une très bonne capacité à travailler en équipe, une bonne maitrise de l'anglais (écrit et oral en vue de communiquer avec d'autres jeunes chercheurs, d'écrire des articles scientifiques et de participer à des conférences internationales), un bon niveau rédactionnel en français (rapports et manuscrit de thèse). Le candidat devra faire preuve d'une forte motivation pour mener à bien son doctorat et une forte implication dans son sujet de thèse (formation pour acquérir de nouvelles compétences, veille bibliographique .
La candidature devra inclure :
- un CV détaillé
- deux références (contact par téléphone et e-mail), (à inclure à la suite de votre lettre de motivation dans un fichier unique)
- une lettre de motivation (1 page – sans utilisation d'IA),
- les notes des Master 1 et 2 ou d'école d'ingénieur (à inclure à la suite de votre CV dans un fichier unique)
La date limite pour l'envoi des candidatures (15 juin 2025)

[1] Starecki, F.; Baillieul, M.; Ghanawi, T.; Hammouti, A.; Lemaitre, J.; Gutwirth, J.; Benardais, A.; Slang, S.; Charrier, J.; Bodiou, L.; Nemec, P.; Nazabal, V., Praseodymium-Doped Ge20In5Sb10Se65 Films Based on Argon Plasma Co-sputtering for Infrared-Luminescent Integrated Photonic Circuits. ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16 (4), 5225-5233.
[2] Halenkovič, T.; Baillieul, M.; Gutwirth, J.; Němec, P.; Nazabal, V., Amorphous Ge-Sb-Se-Te chalcogenide films fabrication for potential environmental sensing and nonlinear photonics. Journal of Materiomics 2022, 8 (5), 1009-1019.
[3] Delcourt, E.; Jebali, N.; Bodiou, L.; Baillieul, M.; Baudet, E.; Lemaitre, J.; Nazabal, V.; Dumeige, Y.; Charrier, J., Self-phase modulation and four-wave mixing in a chalcogenide ridge waveguide. Optical Materials Express 2020, 10 (6), 1440-1450.

Contexte de travail

L'Institut Sciences Chimiques de Rennes UMR CNRS 6226 (équipe Verres et Céramiques) et l'Institut Foton UMR CNRS 6082 (équipe Systèmes Photoniques) collaborent ensemble, dans le cadre de projets ANR et Européen (Horizon Europe) depuis plus d'une dizaine d'années, afin de développer les verres de chalcogénures déposés en couches minces pour des applications en optique intégrée et ont acquis conjointement une reconnaissance internationale dans ce domaine au travers de publications dans des journaux internationaux et des conférences invitées. Nous visons grâce à cette thèse de rester un des leaders européens concernant les matériaux chalcogénures pour la photonique.

Nous avons également de forte collaboration avec des laboratoires européens où une courte mobilité (1-3 mois) suivant l'intérêt du doctorant peut être réalisée.

L'école doctorale Matière, Molécules et Matériaux (3M) rassemble les thématiques de la physique et de la chimie au sens large. Le spectre couvert va de la physique subatomique à la pharmacologie en passant par l'étude des milieux granulaires. Plus spécifiquement, l'école doctorale 3M concerne la chimie Inorganique, les Sciences des Matériaux et la Photonique.

Curriculum vitae de la porteuse du projet et des responsables de l'équipe collaboratrice
Virginie Nazabal : Après avoir obtenu un doctorat en chimie du solide et sciences des matériaux de l'Université de Bordeaux et un post-doctorat au Japon (NIMS), elle a intégré le CNRS en 2001 comme chargée de recherche puis directeur de recherche en 2015 (HDR en 2009, co-encadrement d'une dizaine de doctorants et de 9 post-doctorants). Son activité de recherche se consacre au développement de matériaux vitreux pour l'optique au sein de l'équipe Verres & Céramiques de l'Institut de Sciences Chimiques de Rennes (ISCR) à l'Université de Rennes. Au cours de ces dernières années, ses projets de recherche concernant la photonique se sont déployés vers les capteurs optiques infrarouges pour des applications environnementales, les couches minces pour l'optique intégrée visant des applications en optique non linéaire et les verres dopées terres rares pour la luminescence dans le moyen IR. Ses activités de recherche sont réalisées en étroite collaboration avec différents laboratoire nationaux et internationaux (République Tchèque, Italie, Allemagne, Hongrie, Canada, Japon, USA. Par ailleurs, elle est impliquée et coordonne des projets nationaux et européens (ANR, ADEME, PHC, PICS, GACR, COST, H2020. Auteure et co-auteure de plus de 200 articles, 25 conférences invitées dans des congrès internationaux, elle a reçu en 2010 la médaille de bronze du CNRS et le prix Pollutec-Ademe en 2011 pour des Techniques Innovantes pour l'Environnement.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Pas de contraintes particulières