(H/F) Post-doctorat : métasurfaces diélectriques pour sources de photons uniques — CNRS

Missions :

• Conception inverse par apprentissage profond pour une optimisation multi-échelle (méta-atome + métasurface)
• Validation expérimentale à l’aide d’un nano-positionnement de pointe (collaboration LPCNO)
• La synergie CEMES–LAAS : nano-optique quantique + modélisation numérique & fabrication en salle blanche

Activités :

Le/la postdoctorant(e) assurera l’intégration des volets numérique et expérimental, en se concentrant sur :

1. Cadre numérique avancé

Étendre les capacités d’autodifférentiation de la boîte à outils torchGDM (développée au LAAS) afin de modéliser des émetteurs quantiques couplés à des métasurfaces périodiques supportant des modes BIC (technique de balayage du réseau, Fig. 1).

Développer des réseaux de neurones informés par la physique (PINN) pour accélérer simulations et conception inverse.

2. Conception inverse par apprentissage profond

Entraîner des réseaux de neurones multi-objectifs pour optimiser à la fois les géométries de méta-atomes et les réponses collectives des métasurfaces (par exemple un renforcement simultané du champ proche et une émission directionnelle).

Utiliser l’apprentissage par transfert (transfer learning) pour affiner les modèles sur les données expérimentales.

3. Validation expérimentale et amélioration itérative

Caractériser les métasurfaces optimisées sur les bancs optiques du CEMES (cryostat 4 K, cartographie de photoluminescence résolue en temps, statistiques de photons uniques par HBT), avec des émetteurs quantiques positionnés avec précision (LPCNO, projet ANR Q-META).

Mener des cycles itératifs : conception, fabrication (salle blanche du LAAS), caractérisation, amélioration du modèle.

4. Encadrement et collaboration

Co-encadrer des doctorants (projets ANR Q-META, SPINOSA et AIM) sur des tâches numériques et expérimentales.

Contexte de travail :

Les sources de photons uniques génèrent et transmettent des photons indiscernables - les briques élémentaires de l’information quantique - et sont essentielles aux communications quantiques. La nano-optique ouvre la voie à des dispositifs compacts et intégrés qui piègent, stockent, relâchent et contrôlent l’émission de photons uniques : sa direction, sa polarisation et son contenu spectral.

Les nanoantennes individuelles contrôlent déjà la photodynamique des émetteurs quantiques, mais leurs degrés de liberté limités ont conduit à un plateau en termes de performances. Q-META fera tomber ce plateau : nous concevrons, fabriquerons et caractériserons des métasurfaces diélectriques à haut indice dont les motifs périodiques optimisés par IA hébergent des modes de réseau à haut facteur de qualité - les états liés dans le continu (BIC) - afin d’obtenir un contrôle inédit sur des émetteurs quantiques positionnés avec précision.

Références clés de l’équipe

• Cuche et al., Nanoscale 2023 (positionnement d’émetteurs quantiques par nanoxérographie AFM)
• Wiecha et al., A

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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.

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C’est l’une des plus importantes institutions publiques au monde : 33 000 femmes et hommes (dont plus de 16 000 chercheurs et plus de 16 000 ingénieurs et techniciens), 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, le CNRS développe des recherches pluri et interdisciplinaires sur tout le territoire national, en Europe et à l’international. Le lien étroit entre ses missions de recherche et le transfert vers la société fait du CNRS un acteur clé de l’innovation en France et dans le monde.

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