Contrôle de l'émission de nanocristaux de perovskite via couplage plasmonique pour la photonique quantique // control of the emission of perovskite quantum dots through plasmonic coupling for quantum photonics

Topic description

Cette proposition de thèse vise à contrôler l'émission lumineuse de nanocristaux de pérovskites grâce au couplage avec des structures plasmoniques, dans le cadre de la nanophotonique quantique. Les pérovskites halogénées colloïdales sont des nanoémetteurs prometteurs en raison de leur synthèse peu coûteuse, de leur fort rendement de photoluminescence et de leur bande interdite ajustable. Elles ont notamment démontré leur capacité à émettre des photons uniques avec de bonnes performances, ce qui les rend intéressantes pour les technologies quantiques. Cependant, leurs propriétés optiques doivent encore être optimisées pour une intégration efficace dans des dispositifs. Le couplage avec des nanostructures métalliques permet de modifier leur émission en augmentant la brillance, en accélérant la dynamique d'émission ou en contrôlant la direction du rayonnement. L'objectif de la thèse est d'explorer ces effets et d'en tirer parti. Deux approches seront étudiées. La première concerne des nanocristaux individuels de type CsPbX3 (X = Br, I). Leurs propriétés seront d'abord caractérisées à l'échelle d'une seule particule à l'aide de techniques comme la microscopie confocale et les mesures de corrélation de photons, permettant d'évaluer l'antibunching, la stabilité et l'intensité d'émission. Ces nanoémetteurs seront ensuite couplés à des structures plasmoniques fabriquées à partir de nanoparticules métalliques, manipulées avec précision à l'échelle nanométrique afin de former des systèmes hybrides contrôlés. La seconde approche repose sur des couches minces polymères contenant des nanocristaux de CsPbI3. Déposées sur un substrat d'or et recouvertes de nanoparticules métalliques, ces structures permettent de générer des modes de plasmon confinés qui modifient fortement l'émission des nanocristaux. Les résultats seront comparés à ceux obtenus sur des systèmes sans couplage afin de quantifier précisément les effets induits. En complément des expériences, des simulations numériques de type FDTD seront utilisées pour modéliser les structures plasmoniques et analyser les modifications des propriétés optiques, telles que les taux de décroissance, la brillance ou la distribution angulaire de l'émission. Ce projet s'inscrit dans les activités du laboratoire GEMaC, spécialisé en nanophotonique et en science des matériaux, avec une collaboration pour la synthèse des nanocristaux avec Cédric Mayer du LuMIn (Université Paris-Saclay)
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This PhD proposal aims to control the light emission of perovskite nanocrystals through coupling with plasmonic structures, within the field of quantum nanophotonics. Colloidal halide perovskites are promising nanoemitters due to their low-cost solution-based synthesis, high photoluminescence quantum yield, and tunable bandgap. They have demonstrated efficient single-photon emission, making them strong candidates for quantum technologies. However, their optical properties still need to be optimized for effective integration into devices. Coupling these emitters with metallic nanostructures can modify their emission by enhancing brightness, accelerating emission dynamics, and controlling radiation patterns. The objective of this PhD is to explore and exploit these effects. Two approaches will be investigated. The first focuses on individual CsPbX3 nanocrystals (X = Br, I). Their optical properties will first be characterized at the single-particle level using techniques such as confocal microscopy and photon correlation measurements, providing information on antibunching, stability, and emission intensity. These nanoemitters will then be coupled to plasmonic structures made of metallic nanoparticles, which can be precisely manipulated at the nanoscale to form controlled hybrid systems. The second approach involves thin polymer layers containing CsPbI3 nanocrystals. These layers will be deposited on a gold substrate and covered with metallic nanoparticles, enabling the formation of confined plasmonic modes that strongly modify the nanocrystal emission. The results will be compared to those obtained from uncoupled systems to quantify the induced effects. In addition to the experiments, FDTD numerical simulations will be performed to model the plasmonic structures and analyze changes in optical properties such as decay rates, brightness, and emission patterns. This project is part of the GEMaC laboratory activities, focused on nanophotonics and materials science, and includes a collaboration for the nanocrystal synthesis with Cédric Mayer at LuMIn (Université Paris-Saclay).
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Début de la thèse : 01/10/
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Contrats ED : Programme blanc GS-SIS