Isite - métamatériaux acoustiques topologiques non hermitiens pour un contrôle robuste des ondes // isite - non-hermitian topological acoustic metamaterials for robust wave control

Topic description

Le paradigme de la topologie a profondément marqué la physique de la matière condensée ces dernières années. Ce cadre conceptuel a été étendu avec succès à la photonique et à l'acoustique. L'un de ses résultats majeurs est l'émergence d'états topologiquement protégés aux bords, aux surfaces et aux coins, qui présentent une remarquable robustesse face aux défauts et au désordre. Ce cadre a été rendu possible grâce aux cristaux phononiques et aux métamatériaux acoustiques, des structures artificielles offrant un contrôle sans précédent de la propagation des ondes. En acoustique, leur nature macroscopique et leur accessibilité expérimentale en font une plateforme idéale pour explorer de nouveaux phénomènes ondulatoires tout en visant des applications technologiques concrètes. Les systèmes acoustiques topologiques permettent déjà un guidage robuste des ondes, la réalisation de lignes à retard, et offrent un fort potentiel pour des circuits phononiques insensibles aux imperfections de fabrication. En élastodynamique, ils supportent des modes guidés robustes aux défauts, pertinents pour l'optomécanique, la modulation acousto-optique sur puce et le traitement de l'information acoustique. Plus largement, ces concepts ouvrent des perspectives pour la détection haute performance, le contrôle des vibrations et du bruit, la localisation et la récupération d'énergie, ainsi que pour des technologies avancées d'échographie biomédicale où la robustesse et le confinement des ondes sont essentiels.
La topologie des systèmes hermitiens est aujourd'hui bien établie. L'introduction de gain, de pertes ou de non-réciprocité conduit à une physique non hermitienne où la topologie devient plus subtile. Toutefois, les systèmes non hermitiens présentent des phénomènes sans équivalent dans les systèmes hermitiens.
L'objectif de cette thèse est d'explorer l'interaction entre topologie et non-hermiticité dans les métamatériaux acoustiques à travers la conception, la modélisation et la réalisation expérimentale de nouvelles structures supportant des états topologiques d'ordre supérieur ainsi que des effets de peau non hermitiens. Le ou la candidat(e) développera des stratégies de contrôle actif fondées sur l'ingénierie du gain et des pertes ainsi que sur la non-réciprocité, et étudiera la correspondance généralisée volume–bord dans des systèmes réalistes. À terme, ce travail vise à établir de nouveaux paradigmes pour la manipulation du son et des vibrations, avec des retombées sur les technologies phononiques, le traitement du signal acoustique, le calcul et les systèmes d'échographie de nouvelle génération.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The paradigm of topology has profoundly impacted condensed matter physics in recent years. This paradigm has been successfully extended to photonics and acoustics. A key outcome is the emergence of topologically protected edge, surface, and corner states, which exhibit remarkable robustness against defects and disorder.
This framework has been enabled by phononic crystals and acoustic metamaterials which are engineered structures offering unprecedented control over wave propagation. In acoustics, their macroscopic nature and experimental accessibility provide an ideal platform to explore novel wave phenomena while targeting concrete technological applications. Topological acoustic systems already enable robust waveguiding, delay lines, and offer strong potential for phononic circuits immune to fabrication imperfections. In elastodynamics, they support defect-immune guided modes relevant for optomechanics, on-chip acousto-optic modulation, and acoustic information processing. More broadly, these concepts open perspectives for high-performance sensing, vibration and noise control, energy localization and harvesting, as well as advanced biomedical ultrasound technologies where robustness and wave confinement are essential.
The topology of Hermitian systems is now well established. Introducing gain, loss, or non-reciprocity leads to non-Hermitian physics where topology is more delicate. However non-Hermitian systems exhibit phenomena that have no equivalent in Hermitian systems.
The objective of this PhD is to explore the interplay between topology and non-Hermiticity in acoustic metamaterials through the design, modeling, and experimental realization of novel structures supporting higher-order topological states and non-Hermitian skin effects. The candidate will develop active control strategies based on gain/loss engineering and non-reciprocity, and investigate generalized bulk-boundary correspondence in realistic systems. Ultimately, this work aims to establish new paradigms for manipulating sound and vibrations, with impact on phononic technologies, acoustic signal processing, computing, and next-generation ultrasound systems.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Funding further details

Financement d'un établissement public Français