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Laboratoire de Physique de la Matière Condensée

UMR 6622 Université de Nice-Sophia Antipolis

17 Sujets de Thèse -- DSPT2

1) Rhéologie de suspensions de fibres

2) Étude de la tenue aux radiations des fibres optiques dopées ytterbium

3) Propagation acoustique dans les mousses liquides

4) Migration et diffusion hydrodynamique dans les suspensions

5) Mécanisme d’alignement de particules de semiconducteur nanométrique sous champ électrique alternatif et application à la réalisation de couches minces photovoltaïques

6) Conception et étude expérimentale d'un laser aléatoire sur membrane AsGa

7) Diffusion non linéaire et instabilités de speckle à travers une valve optique à cristaux liquides

8) Etude de la diffusion et de la localisation des ultrasons à la surface d’un milieu désordonné 2D

9) Localisation d'Anderson en cavité microondes : étude de la transition localisation/délocalisation

10) Chaos ondulatoire non linéaire

11) Interactions paramétriques contra-propagatives

12) -graphène et au-delà. Ou comment émuler des équations d'ondes relativistes dans des billardsμ micro-ondes

13) Fils quantiques et Circuits Intégrés Optiques à fort confinement sur Niobate de Lithium

14) Remote entanglement of two quantum memories

15) Optimization of optical lattices for applications in quantum information

16) Statistiques spatiales des cavités chaotiques ouvertes : applications aux cavités électromagnétiques

17) Dynamique de gouttes déposées sur des substrats superhydrophobesLes informations détaillées pour chaque sujet de thèse se trouvent dans les pages suivantes (typiquement une ou deux pages par sujet)

Titre de la thèse: rhéologie de suspensions de fibres

Directeur: G.Bossis

Téléphone: 0492076538

e-mail: [email protected]

Co-directeur: P.Kuzhir

HDR: Non

Tél co-directeur: 0492076716

e-mail co-directeur: [email protected]

Contrat: Ordinaire

Laboratoire d'accueil: LPMC, UMR6622

DSPT: DSPT 2 - Physique

Sujet: La rhéologie d'une suspension de sphères est maintenant assez bien connue, il n'en est pas de même avec celle d'une suspension de fibres où l'orientation des fibres joue un rôle clé dans la détermination des contraintes.Nous nous proposons dans cette étude d'utiliser principalement des fibres magnétiques (synthétisées dans notre équipe)de façon à pouvoir contrôler leur orientation à l'aide d'un champ magnétique. Nous mènerons cette étude à la fois dans des régimes d'écoulement extensionnel et de cisaillement. dans le premier cas une attention particulière sera portée au gonflement en sortie de filière d'un rhéomètre capillaire. Ce gonflement traduit l'existence de contraintes normales qui peuvent être contrôlées par l'intensité et la direction du champ appliqué. Il est à noter d'après nos premières observations que la présence d'un champ parallèle à l'écoulement empêche la formation d'instabilités hydrodynamiques en sortie de filière qui conduisent à des effets indésirables dans les processus d'extrusion industriels.Les suspensions de particules magnétiques sphériques constituent ce que l'on appelle des fluides magnétorhéologiques, dont l'importance est croissante dans les dispositifs de contrôle d'amortissement ou de vibrations. Nous avons montré(1) que l'utilisation de microfibres au lieu de microsphères augmentait considérablement les performances de ces fluides. Une partie de ce travail consistera à mieux comprendre le rôle de différents paramètres (rapport d'aspect des fibres,mouvement Brownien, interactions hydrodynamiques et/ou friction entre fibres, contraintes d'origine magnétiques)sur la rhéologie de ces suspensions.(1)"New magnetorheological fluids based on magnetic fibers"M.Lopez-Lopez,G.Vertelov,G.Bossis,P.Kuzhir,G.Duran J. Mater.Chem.17(2007)3839

Commentaires: Projet développé en collaboration avec l'Université de Grenade et l'Université Nationale Technique de Biélorussie

Titre de la thèse: Étude de la tenue aux radiations des fibres optiques dopées ytterbium

Directeur: Mourad BENABDESSELAM



Co-directeur: Franck MADY

HDR: Non



Contrat: Ordinaire



Sujet: Les fibres optiques dopées ytterbium (FDY) présentent un intérêt majeur dans de nombreuses applications industrielles ou médicales nécessitant des sources laser de fortes puissances à des longueurs d’onde proches du micron. Leur utilisation est par exemple envisagée dans le domaine des communications optiques entre satellites (OISL). Très généralement, un double problème se pose pour ces fibres.D’une part, les FDY souffrent de photo-noircissement, c'est-à-dire d’une augmentation significative de leur atténuation dans une large gamme de longueurs d’onde (de l’UV au proche IR) lorsqu’elles sont pompées ou qu’elles guident une radiation UV ou visible. D’autre part, les FDY utilisées en environnement spatial seront soumises aux radiations naturelles du milieu qui vont également induire une atténuation optique. Nous parlerons plutôt de radio-noircissement dans ce cas.Les bandes d’absorption photo- et radio-induites s’étendent jusqu’aux longueurs d’onde de pompe et de gain, réduisant ainsi les performances amplificatrices des FDY. S’il est admis que ces bandes sont associées à des centres colorés formés par irradiation, ni la nature de ces centres, ni leur mécanismes de formation/guérison ne sont encore clairement identifiés. Notre étude préliminaire sur des préformes dopées Yb a montré qu’une irradiation aux rayons X activait les même centres colorés que la radiation issue d’un laser Ar+. Cela prouve que les phénomènes de photo- et radio-noircissement répondent à des mécanismes similaires (au moins partiellement). Jusqu’à présent pourtant, ces effets ont été étudiés de manière complètement indépendante par deux communautés distinctes. Leur étude conjointe peut ouvrir de nouvelles perspectives et permettre d’appréhender les comportements spécifiques liés à l’existence simultanée des deux types de noircissements.Ce travail de thèse vise à caractériser parallèlement puis simultanément les photo- et radio-noircissements des FDY. L’étude sera menée en fonction de la teneur en dopants (Yb et Al), à travers

une considération rigoureuse des effets de dose et de débit de dose. En plus des mesures d’atténuation induite, les centres et défauts activés par les diverses radiations seront caractérisés par thermoluminescence (TL), une technique originale des plus efficaces pour ce type d’investigation.L’objectif du travail est d’établir des modèles opérationnels de photo- et radio-noircissement dans les FDY. Le but ultime est d’accéder à la compréhension fine des mécanismes de formation des centres colorés et de contribuer à l’apport de solutions innovantes, que ce soit pour les tests de tenue aux radiations ou pour la conception de techniques spécifiques de guérison et de durcissement.

Titre de la thèse: Propagation acoustique dans les mousses liquides

Directeur: Rajchenbach Jean

Téléphone: 04 92 07 67 65


Co-directeur: Raufaste Christophe

HDR: Non

Tél co-directeur: .04 92 07 63 18


Contrat: Ordinaire



Sujet: Les mousses liquides font partie des émulsions, dont la phase majoritaire en volume est gazeuse et est dispersée dans une phase liquide. Elles sont de nos jours intensivement produites dans les industries agro-alimentaire, cosmétique ou pétrolière. Parmi les avantages de ce fluide on trouve une densité faible, ainsi que des propriétés rhéologiques particulières qui le classe comme visco-élasto-plastique. D’un point de vue pratique les mousses apparaissent comme un système modèle pour les chercheurs car la structure, les bulles, est facilement observable jusqu’à des échelles centimétriques. Ceci est très important car on peut alors essayer de faire le lien direct entre la structure microscopique et le comportement mécanique macroscopique.

Le sujet proposé aborde l’aspect de la propagation d’ondes sonores dans les mousses liquides. Il a pour but de comprendre les mécanismes physiques qui interviennent lorsqu’une mousse est soumise à une sollicitation rapide et se trouve hors d’équilibre. Comme dans les solides des ondes de compression peuvent se propager, ainsi que des ondes de cisaillement du fait de la composante élastique du fluide. L'étude consisterait à coupler des mesures acoustiques in situ avec l’observation directe de la perturbation sur la structure (bulles, films entre bulles).

L'étudiant(e) serait intégré(e) à l'équipe "matériaux et fluides complexes" du LPMC. Celle-ci regroupe toute une activité sur la dynamique complexe d'objets tels que les vagues, les gouttes, les mousses, les grains ou les cellules.

Titre de la thèse: Migration et diffusion hydrodynamique dans les suspensions

Directeur: Elisabeth Lemaire



Contrat: Autre

AutreContrat: contrat ordinaire ou BDO


DSPT:

Sujet: Le sujet de thèse s'inscrit dans la problématique de la migration de particules non colloïdales (taille de l'ordre de 100µm) induite par un écoulement. En effet, lorsqu'une telle suspension de est cisaillée, il est fréquent d'observer que la concentration en particules ne reste pas homogène mais que les particules migrent vers des régions préférentielles de l'écoulement. Cette migration est attribuée aux interactions entre particules. Celles-ci sont également pressenties pour être responsables de l'irréversibilité du mouvement des particules dans un cisaillement alternatif. Malgré le rôle important qu'elles semblent jouer, leur nature est inconnue. On ne sait pas en particulier si elles sont hydrodynamiques ou frictionnelles. C'est la question à laquelle nous tenterons de répondre en modifiant les forces frictionnelles par un changement de l'état de surface des particules. Nous étudierons également ce qu'il advient de la migration et de l'irréversibilité lorsque le fluide suspendant n'est plus newtonien mais a un comportement rhéologique complexe.

Commentaires: Le projet que nous proposons s'intègre dans une ANR et devrait permettre le développement d'une problématique de physique appliquée en partenariat avec un industriel

Titre de la thèse: Mécanisme d’alignement de particules de semiconducteur nanométrique sous champ électrique alternatif et application à la réalisation de couches minces photovoltaïques.

Directeur: Persello Jacques



HDR: Oui

Contrat: Ordinaire



Sujet: Mécanisme d’alignement de particules de semiconducteur nanométrique sous champ électrique alternatif et application à la réalisation de couches minces photovoltaïques.

Le sujet concerne l’étude des mécanismes d’alignement de particules de semiconducteurs de tailles nanométriques sous l’effet d’un champ électrique alternatif. L'approche est basée sur la comparaison des structures obtenues par modélisation Monte Carlo de systèmes de particules bi disperses diélectriques sous champ électrique et des structures observées par diffusion de rayonnements à petits angles (lumière, neutrons) dans le cas de systèmes de particules semi-conductrices de type chalconite dispersées dans un fluide diélectrique sous champ électrique. Elle vise la compréhension des mécanismes qui permettent la dispersion de ces objets dans des liquides diélectriques, leur organisation en colonnes espacées de façon régulière et la réalisation de couches minces photovoltaïques par séchage puis frittage des colonnes. Le projet sera réalisé dans le cadre d’une ANR (ANR Blanc 2010 – FRISE), en collaboration avec le CERIMAT de Toulouse.

Titre de la thèse: CONCEPTION et ETUDE EXPERIMENTALE d’un LASER ALEATOIRE sur MEMBRANE AsGa

Directeur: Patrick Sebbah

Téléphone: 04 92 07 67 94


Co-directeur: Olivier Gauthier-Lafaye (LAAS-Toulouse)

HDR: Non

Tél co-directeur: 05 61 33 78 80


Contrat: Autre

AutreContrat: BDI : CNRS-DGA


DSPT: DSPT 9 - S.T.I.C.

Sujet: L’étude proposée s'inscrit dans le projet de recherche « Gain, Laser Aléatoire et Désordre » (GLAD) soutenu par l’ANR, à l'interface entre Physique fondamentale et STIC. Il s’agit "de faire descendre en salle blanche" un concept fondamental de la physique des ondes en milieux aléatoires, à savoir le phénomène de localisation d'Anderson. Dans un milieu aléatoire, le jeu complexe des interférences peut en effet stopper et piéger la lumière diffusée dans une région finie de l'’espace. En présence de gain, la nature localisée des modes est favorable à l'observation d'un "effet laser sans miroir". En effet, le retour vers le milieu à gain forcé par les diffuseurs conduit à l’oscillation cohérente du mode de radiation, comme dans un laser à cavité conventionnel. Nous nous appuyons sur ce principe pour concevoir en collaboration avec le groupe Photonique au LAAS à Toulouse, une micro-diode laser aléatoire sans miroir, avec comme objectif d'atteindre des performances équivalentes à celles d'un micro-laser standard, tout en bénéficiant des propriétés spécifiques de ce nouveau type de laser. Cette diode laser sera constituée d'une membrane semiconductrice (AsGa) de 300 nm d’épaisseur, dopée (puits quantique), suspendue dans l'air et perforée aléatoirement de nano-trous (100 nm de diamètre) séparés de quelques dizaines de nanomètres. Le succès de ce concept repose sur cette précision nanométrique qui relève de la prouesse technologique, et qui autorise une grande densité de nano-trous en résonance collective pour piéger la lumière.Ce projet implique 5 chercheurs, un thésard et un Post Doc. Il est soutenu par le Conseil Général CG06 et le Conseil Régional PACA, en plus d’une ANR-Blanc qui démarrera en 2009.

L'étudiant simulera, concevra et étudiera une micro-diode laser aléatoire sur membrane AsGa suspendue perforée aléatoirement.

Commentaires: soutenu par l'ANR, région PACA, Conseil Général 06Thématique : Nanophotonique, nouvelles sources lasersProjet à l'interface Physique fondamentale/STICThèse expérimentale et/ou numérique

Titre de la thèse: Diffusion non linéaire et instabilités de speckle à travers une valve optique à cristaux liquides


Téléphone: 04 92 07 67 94


Co-directeur: Stéfania Résidori

HDR: Oui



Contrat: Ordinaire



Sujet: Quand la lumière se propage dans un milieu aléatoire, les interférences entre ondes multiplement diffusées se traduisent par de grandes fluctuations d’intensité observées en transmission, qui forment une image de tavelure ou «figure de speckle». Cette image est une véritable empreinte du milieu désordonné traversé par la lumière, image qui est modifiée si l’on déplace par exemple un diffuseur dans ce milieu. Si les diffuseurs présentent une non-linéarité de type Kerr -indice de réfraction dépendant de l’intensité incidente-, une instabilité peut se produire: l’image de speckle se met à fluctuer spontanément, alors que les diffuseurs sont immobiles. On montre que pour une intensité incidente suffisante, la lumière transmise fluctue spontanément de façon périodique, avec une période caractéristique fixée par le milieu lui-même. A plus forte intensité, on prédit l’apparition d’harmoniques et une route vers le chaos. Cette instabilité présente un seuil qui dépend à la fois des caractéristiques du désordre et des paramètres non linéaires. A ce jour, il n’existe toujours pas de démonstration expérimentale de cet effet. Dans ce projet de recherche nous nous proposons de mettre en évidence les instabilités de speckle dans une expérience originale. L’originalité du dispositif expérimental proposé réside dans la possibilité d’«imprimer» un désordre «sur mesure» dans le film cristal liquide en projetant son image à travers un modulateur spatial de lumière sur une paroi photoconductrice de la cellule. Les variations locales de l’impédance se traduisent ainsi par une réorientation locale du nématique et par conséquent, l’impression d’un motif d’indice bidimensionnel dans le cristal liquide. La nature du motif –réseau périodique ou aléatoire- est prédéfinie sur ordinateur. La valve est éclairée transversalement par un faisceau sonde provenant d’une diode laser. Grâce à la réflectivité des parois de la cellule, le faisceau sonde effectue des passages multiples à travers le cristal liquide. A chaque passage le faisceau s’étale donc un peu plus

dans le plan transverse. Le faisceau sonde diffusé par le désordre modifie localement la distribution de ce désordre grâce à la non linéarité du cristal liquide. Cette perturbation modifie à son tour les chemins de diffusion du faisceau sonde. Cette rétroaction du milieu désordonné et non linéaire sur la lumière donne naissance à une instabilité de speckle. La distribution spatiale de l’intensité est suivie par une caméra CCD et analysée par traitement d’images. Parallèlement, des simulations numériques sont développées pour préciser les paramètres du désordre, les constantes non linéaires et les seuils nécessaires à l’observation expérimentale de l’instabilité. Cette expérience permettra de développer par la suite une compréhension théorique de ce phénomène et de définir un lien solide entre une approche de type physique statistique et une approche de type dynamique non linéaire. Cela nous donnera un point de départ concret sur lequel pourra continuer à se développer l’étude de toute une série de phénomènes nouveaux attendus de l’interaction désordre - non linéarité. Ce projet implique 3 chercheurs et un Post-Doc. Il s'inscrit dans une collaboration entre une équipe de l’Institut Non Linéaire d’Optique et le Laboratiore de Physique de la Matière Condensée à Nice. Il est soutenu par la Fédération Döblin FR2800.Dans le cadre de son stage, l’étudiant observera et analysera les effets décrits plus haut. Il travaillera en parallèle sur un code BPM pour modéliser l’expérience. Dans le cadre d’une thèse, il sera amené à monter de nouvelles expériences pour étudier la dynamique de la diffusion non linéaire par les cristaux liquides. Il intègrera dans la modélisation les effets non linéaires.

Commentaires: Projet soutenu par la fédération DöblinSoutien ANRQualités requises : bon expérimentateur en optique et expertise en programmation.

Titre de la thèse: Etude de la diffusion et de la localisation des ultrasons à la surface d’un milieu désordonné 2D


Téléphone: 04 92 07 67 94


Contrat: Ordinaire



Sujet: Nous explorons à Nice les effets d’interférence des ondes dans les milieux hétérogènes diffusifs. Dans un régime de diffusion extrême, la propagation et la diffusion peuvent être stoppées et l’onde peut se retrouver piégée dans une région finie de l’espace. Ce phénomène dit de localisation forte a été proposé par Anderson dans les années cinquante pour expliquer la transition métal-isolant dans les fils métalliques. Depuis, ce concept a été étendu à tout type d’onde et a été étudié principalement en considérant les propriétés stationnaires de la transmission à travers une collection aléatoire de diffuseurs. Or, pour comprendre ce phénomène, il est essentiel d’une part de considérer la dynamique des ondes, d’autre part de mesurer le champ à l’intérieur du milieu. En effet, à un temps donné correspond une longueur de chemin exploré par l’onde. Les effets du désordre se feront donc sentir aux temps longs. A ces temps là, seuls survivent les modes dont la durée de vie est la plus grande, c’est à dire les modes les plus éloignés des bords du système, ceux qui sont spatialement localisés à l’intérieur du milieu. Les systèmes à deux dimensions se prêtent bien à la mesure in situ de tels modes.Les ondes acoustiques de surface sont un paradigme pour l’étude dynamique de la diffusion multiple à 2D à condition d’utiliser une excitation sans contact et une détection optique non invasive. Elles présentent en outre l’avantage d’un taux de pertes réduit et offrent une grande souplesse pour la conception de dispositifs 2D diffusifs. Grâce à une excitation par impulsion laser des ondes acoustiques -par effet thermoélastique- et à une détection sans contact de déplacements verticaux de l'ordre de l’angström par interférométrie laser, on réalise une cartographie spatio-temporelle du champ à la surface de galettes de silicium gravées. On étudiera la diffusion par une collection de gravures de densités croissantes. On réalisera ensuite un milieu localisant et on analysera la transition dynamique du régime diffusif vers le régime localisé. Au delà de l’étude fondamentale de la diffusion multiple et de la localisation forte dans les milieux aléatoires, cette expérience permettra de mieux comprendre le comportement des ondes de Lamb en régime diffusif avec des applications possibles dans le domaine de l’imagerie acoustique, de la détection de défauts en milieux acoustiquement opaques, des problèmes inverses.

Compétences requises: Bonne connaissances de l’élastodynamique et de l’acoustique des plaques.

Connaissance de Matlab souhaitable.

Travail attendu de la part de l’étudiant(e) :Prise en main de l’expérience. Pilotage via Matlab.Réalisation de dispositifs à un diffuseur puis à grand nombre de diffuseurs.Réalisation de cartographies spatio-temporelles du champ dans des systèmes simples et désordonnés.Modélisation numérique.

Commentaires: - Contrat ANR. - Fortes interactions avec la communauté scientifique nationale (GdR) et internationale.

Titre de la thèse: Localisation d'Anderson en cavité microondes : étude de la transition localisation/délocalisation

Directeur: Fabrice MORTESSAGNE



Contrat: Ordinaire



Sujet: La problématique du transport des ondes en milieu aléatoire se retrouve au cœur de disciplines très différentes (acoustique, hyperfréquences, optique, sismique, atomes froids, etc.). En effet, quelle que soit la nature de l'onde, l'inévitable présence de désordre du milieu dans lequel elle se propage donne naissance, via des mécanismes complexes d’interférence, à des phénomènes nouveaux. L’onde peut être ainsi entravée dans sa progression (localisation faible) et peut même se retrouver piégée (localisation forte). Dans le cadre du transport électronique, cette relation entre désordre et interférences a été identifiée par Anderson, dans les années 50, comme à l'origine de la transition « métal-isolant ». Alors qu’à trois dimensions la localisation forte n’apparaît qu’au-delà d’un certain seuil de désordre, on sait que les systèmes de dimensions inférieures conduisent toujours à des états localisés. Il est cependant possible d’observer une transition vers la délocalisation, même à faible dimension, à condition de modifier la nature du désordre, par exemple en introduisant des corrélations qui forcent l’onde à s’étendre sur toute la taille du système.

Le travail de thèse proposé consiste à mener une étude expérimentale exhaustive des modes électromagnétiques d'une cavité micro-ondes bidimensionnelle, aléatoirement perturbée par des diffuseurs diélectriques résonnants, en fonction des corrélations spatiales entre les diffuseurs. Dans cette thématique, les seuls résultats expérimentaux existants concernent des systèmes 1D, où l'on observe un effet délocalisant du désordre, quelle que soit la portée des corrélations. C'est effectivement ce que prédisent les modèles, comme le Random Dimer Model (RDM) développé en 1D pour étudier la conduction électrique de chaînes de polymères conjugués, et appliqué récemment à l'étude de la conduction de biopolymères comme l'ADN, et que nous souhaitons étendre à 2D dans le cadre de cette thèse. L'étudiant(e) aura à sa disposition un dispositif expérimental performant, qui a déjà permis la première observation expérimentale directe de modes électromagnétiques localisés à 2D ; il présente les avantages suivants : (i) un contrôle parfait du désordre (de position) des diffuseurs ; (ii) une imagerie de l'extension spatiale des modes de la structure ; (iii) un contrôle de la force du potentiel (via la permittivité des diffuseurs).

L'étudiant(e) bénéficiera d'une collaboration étroite avec Patrizia Vignolo de l'Institut Non Linéaire de Nice.

Titre de la thèse: Chaos ondulatoire non linéaire

Directeur: Fabrice Mortessagne



Co-directeur: Valérie Doya

HDR: Non



Contrat: Region

Type de contrat region: BDO



Sujet: Le comportement d'une onde se propageant dans un milieu peut être rendu complexe soit par la nature non linéaire de la réponse du milieu, soit, dans un milieu linéaire, par la seule géométrie du système. Ainsi, le chaos ondulatoire s'intéresse aux manifestations dans le spectre ou les modes propres d'un système du caractère chaotique sous-jacent de la dynamique des rayons géométriques. De même, pour une onde se propageant dans un milieu non linéaire, on étudie les altérations de son spectre et les structures spatiales particulières générées.

Le but de cette thèse est d'étudier le chaos ondulatoire non linéaire c'est-à-dire l'influence croisée de ces deux phénomènes sur les propriétés de propagation des ondes.

Plusieurs questions jusqu'ici sans réponses sont soulevées par cette étude : le chaos ondulatoire peut-il inhiber le comportement induit par la non linéarité du milieu ? Les effets non linéaires peuvent-ils perturber les fortes propriétés de cohérence de certains modes spécifiques aux milieux chaotiques ?

Des études déjà réalisées au LPMC ont montré l'intérêt des fibres optiques multimodes à section chaotique pour l'étude expérimentale du chaos ondulatoire. Nous proposons donc d'étendre ces travaux en développant des expériences d'optiques dans des milieux possédant une non linéarité de type Kerr.

Titre de la thèse: Interactions paramétriques contra-propagatives

Directeur: Pascal Baldi



Contrat: Ordinaire



Sujet: Les interactions paramétriques co-propagatives sont des phénomènes non linéaires du deuxième ordre ( (2)) couplant trois champs (pompe, signal et idler) se propageant dans la mêmeχ direction. Cette configuration est largement étudiée tant pour créer de nouvelles sources cohérentes (générateur de différence de fréquences, amplificateur et oscillateur paramétriques optiques) que du point de vue fondamental (générateur d'états comprimés, générateur de photons intriqués…). L’accord de phase entre les ondes et les polarisations non-linéaires les alimentant peut être obtenu de diverses manières. La technique du quasi-accord de phase (QAP), qui compense le désaccord en vecteurs d'onde en modifiant périodiquement le signe du coefficient non-linéaire, est la plus souple et la plus efficace. C’est cette technique qui est utilisée au LPMC à Nice, sur des cristaux de niobate de lithium. Par application d’un champ électrique nous fabriquons des substrats polarisés périodiquement sur lesquels nous créons par échange protonique des guides d’ondes canaux afin d’obtenir une grande efficacité d’interaction.Ce sujet de thèse propose de travailler dans la configuration contra-propagative, où signal et idler se propagent en sens opposés. Ceci ne peut être rendu possible que grâce au QAP. Les intérêts de cette configuration sont multiples : oscillation sans miroirs, solitons de convection, fine largeur spectrale et facilité d'utilisation des faisceaux signal et idler dans des expériences de distribution quantique de clé de codage du fait de la séparation de ces faisceaux…Le problème majeur de cette configuration est qu’elle requiert des périodes de polarisation du coefficient non-linéaire submicroniques, ce qui est bien en deçà des réalisations actuelles sur niobate de lithium. En utilisant les techniques maîtrisées à Nice, nous envisageons dans un premier temps de réaliser le QAP à un ordre supérieur à 1. La possibilité de réaliser le QAP à l’ordre 1 sera étudiée en collaboration avec d’autres laboratoires.Ce sujet de thèse propose donc d'étudier de façon numérique et expérimentale les interactions paramétriques en configuration contra-propagative. Le doctorant devra concevoir et réaliser des configurations expérimentales nouvelles tout en maîtrisant les techniques sous-jacentes (fabrication et caractérisation des guides, mesure de l'efficacité de la génération de fluorescence paramétrique…) déjà opérationnelles à Nice. Il devra aussi réaliser l'analyse théorique de ces configurations.

Commentaires: Dépôt d'un projet (PAREO) auprès de l'ANR dans le cadre de l'appel VERSO.

Titre de la thèse: -graphène et au-delà. Ou comment émuler des équations d'ondes relativistes dansμ des billards micro-ondes

Directeur: Fabrice MORTESSAGNE



Contrat: Ordinaire



Sujet: La pertinence des concepts développés dans le cadre du transport quantique pour l'étude du transport des ondes électromagnétiques ou acoustiques dans des milieux structurés n'est plus à démontrer. De la structure en bandes de la densité d'états aux modes localisés, les comportements physiques d'une onde électronique dans un métal ou un semi-conducteur se retrouvent à l'identique lorsqu'une onde classique se propage dans un milieu périodique. Ainsi, le concept de « cristal photonique » a donné lieu à de multiples applications, aussi bien en optique que dans le domaine des hyperfréquences. La communauté de physique des solides développent actuellement une activité très importante autour de l'étude des films de graphène. Cette structure à deux dimensions possèdent une forme de densité d'états totalement inédite et constitue un semi-conducteur sans gap. Le LPMC dispose des compétences théoriques et des outils expérimentaux pour conduire une étude d'un analogue classique du graphène. Le présent sujet de thèse propose donc à un(e) étudiant(e) motivé(e) d'aborder ce passionnant système via une expérience de transport de micro-ondes dans un milieu où les « atomes » sont constitués par des cylindres diélectriques résonnants, des « -atomes » . Grâce àμ une configuration du dispositif expérimental récemment mise au point, la situation physique abordée se place dans le cadre du modèle de physique des solides dit de « tight-binding ». L'énergie électromagnétique est essentiellement confinée dans les diffuseurs et le transport de l'onde s'effectue par couplage évanescent entre diffuseurs plus proches voisins.

Le dispositif expérimental offre un contrôle parfait de l'agencement des -atomes. S'ouvre ainsi touteμ une large perspective de réalisations expérimentales d'équations d'ondes relativistes. On peut notamment en utilisant un ou deux types de -atomes (en pratique des cylindres de tailles différentes)μ émuler des particules de masse nulle ou massives. D'autre part, en introduisant des déformations de la maille cristalline, il est possible de simuler divers potentiels, et créer, par exemple, un oscillateur de Dirac.

Ce projet bénéficie d'étroites collaborations internationales. En Allemagne, avec Ulrich Kuhl, de l'Université de Marburg. Au Mexique, avec le Professeur Thomas Seligman, directeur du Centre Scientifique International, appartenant à l'Université Nationale du Mexique.

Titre de la thèse: Fils quantiques et Circuits Intégrés Optiques à fort confinement sur Niobate de Lithium

Directeur: Marc De Micheli

Téléphone: 04 92 07 67 78


Contrat: Ordinaire



Sujet: ContexteLes progrès réalisés ces dernières années dans le contrôle des processus de fabrication de guides d'onde optiques sur niobate de lithium sont tels, que l'on envisage maintenant de réaliser de véritables circuits intégrés optiques utilisant les propriétés électro-optiques et non linéaires du substrat. Ces circuits sont susceptibles de comprendre des zones de couplage de différentes longueur d'onde, des filtres de longueur d'onde, des coupleurs directionnels ajustables, des jonctions Y, des convertisseurs de fréquence, des cristaux photoniques, …

Verrous Un des principaux inconvénient des techniques existant actuellement, est qu’elles permettent d’obtenir des guides d’ondes présentant de faibles pertes à la propagation, mais dont le confinement est limités du fait que les variations d’indice obtenues sont faibles ( de l’ordre de 0,01). Ce faible confinement présente plusieurs inconvénients. -Il impose de n’utiliser que des rayons de courbure très grands ce qui limite les possibilités d’intégration. -Il limite l’efficacité des processus électro-optiques et non linéaires qui est croissante avec le confinement.-Il impose de réaliser des cristaux photoniques présentant des rapport de forme (profondeur / diamètre des trous) qui sont inaccessibles avec les techniques de gravure disponibles.

SolutionLes études préliminaires que nous avons conduites, nous permettent de penser qu’il est possible de résoudre tous ces problèmes en utilisant une nouvelle technique d’échange ionique. Celle-ci devrait permettre de réaliser de véritables fils quantiques (modes guidés ayant des dimensions sub-microniques). En combinant de tels fils quantiques avec les techniques de polarisation périodique ou de gravure disponibles aujourd’hui, il est possible de concevoir des composants électro-optiques ou non linéaires 100 fois plus efficaces et beaucoup plus compacts que ceux que nous connaissons aujourd’hui.Le travail de thèse consistera donc à mettre au point une technique de lithographie adaptée à ce

nouveau processus d’échange ionique et à démontrer en concevant et réalisant un composant non linéaire, toutes les potentialités de la technique.

Commentaires: Le travail de thèse sera étroitement couplé aux travaux menés dans le cadre d'un projet ANR sur les cristaux photoniques qui débute en Janvier 2010.

Titre de la thèse: Remote entanglement of two quantum memories

Directeur: Anders Kastberg

Téléphone: 04 92 07 67 95


Co-directeur: Sébastien Tanzilli

HDR: Non



Contrat: Ordinaire



Sujet: Quantum information relies on the fundamental laws of quantum physics to provide a new way, theoretically more secure and more efficient, to communicate and process information. Quantum bits (or qubits), made of coherent superpositions of states and/or entanglement, are the basic information units or resources. Qubits can in principle be carried by any quantum system (photons, atoms, ions, etc.) provided it exhibits a two-level observable (polarization, emission times, energy levels, spins...). In this context, photons are considered as the natural “flying qubit” carriers for distribution, and atoms or ions are rather seen to be suitable for storing and computing tasks. In principle, light-matter interaction should allow switching from one type of carrier to another, but a very few proof-of-principle experiments have been reported to date, essentially because of significant mismatches in the carriers operation wavelengths (1560 nn, i.e., telecom, vs < 900 nm) and linewidths (100 GHz vs < 1 GHz).Despite this, future quantum information applications will likely rely on the coupling between these different types of qubits, one of the main goals being the realization of quantum networks made of interconnected nodes, called quantum repeaters, at which storage and/or computation tasks are possible. The implementation of such embryonic networks constitutes a milestone of primary importance for new generation quantum communications that will necessitate both the integration and the coupling of several optical components and/or functions, in particular, telecom oriented sources of entangled photons and atomic quantum memories connected by quantum interfaces for appropriate coherent wavelength adaptation, full entangled state analysis, and entanglement purification. Within this scientific framework, we are looking for a Ph-D student highly motivated to work in experimental quantum communication based on non-linear integrated optics and cold atomic ensembles. More specifically, we aim at achieving quantum storage of pairs of polarization entangled

photons in separate cold atoms quantum memories, one made of rubidium and the other of cesium. The photon pairs will be emitted at the telecom wavelength of 1560 nm using a home-made non-linear integrated optics generator. By employing an additional filtering stage, the associated bandwidth is expected to be below 100 MHz, so as to match the dedicated atomic transitions. Two quantum interfaces, one for each photon, made of non-linear integrated optics frequency converters, will be used to coherently transpose their initial telecom wavelength to those of the cold atom ensembles, i.e., 780 nm for the Rb and 852 nm for the Cs, respectively.For both species, we have the opportunity to exploit all optically trapped cold atomic samples, in a dilute thermal state and/or in the form of Bose-Einstein condensates (BEC). The right storage protocol will have to be defined, but most probably the quantum state to be stored will be imprinted onto long-lived spin waves using a spontaneous Raman scattering process. In order to transfer a photonic polarization qubit to the atomic samples, we will investigate either an interference scheme involving the geometric phase, or the Zeeman degeneracy that is present in both Rb and Cs. We will also consider storage schemes based on electromagnetically induced transparency (EIT) and atomic frequency combs (AFC).The final aim of this ambitious program lies in the test of the amount of entanglement remaining after the paired photons have been each submitted to a quantum interface and quantum memory device.

The candidate will be part of the team “Quantum Information with Light and Matter (QILM)” at LPMC whose interests lie in quantum communication and information science based on non-linear integrated optics and cold atom ensembles We are generally concerned by “generating, distributing, storing, manipulating, and detecting qubits”. The work we intend to develop will involve all the QILM members as well as researchers of partner teams, such that team-work ability is one of the major required skills.

Commentaires: a. Possible grant in the evaluation stage : CNRS/DGA (Délégation Générale pour l’Armement).b. Part of this project is financially co-supported by the ANR program e-QUANET (embryonic quantum networking at a telecom wavelength) and the Région PACA.

Titre de la thèse: Optimization of optical lattices for applications in quantum information

Directeur: Anders Kastberg

Téléphone: 04 92 07 67 95


Co-directeur: Sébastien Tanzilli

HDR: Non



Contrat: Ordinaire



Sujet: Quantum information relies on the fundamental laws of quantum physics to provide a new way, theoretically more secure and more efficient, to communicate and process information. Here, quantum bits (or qubits), made of coherent superpositions of states and/or entanglement, are the basic information units or resources. Photons are the natural carriers for the distribution of quantum information, and atoms or ions are considered for storing and computing tasks.In this context, 2D and 3D optical lattices are ultracold atoms, periodically trapped in an interference pattern created from several laser beams. They have successfully been used in a various applications, notably atomic frequency standards, quantum phase transitions, quantum transport, atom optics, and, more recently, for quantum information manipulation.

In our laboratories, we have the experimental skills and possibilities to build and manipulate optical lattices in one, two or three dimensions, with a great flexibility as regards the geometry of the lattice beams. Moreover, we work with two different atomic species (Rb and Cs) in two separated setups.Regarding the photonic side, we also have a well established program for generating polarization entangled pairs of photons emitted at a telecom wavelength, and coherently interfacing them for perfect wavelength matching with the considered atomic transitions in view of quantum storage.

The proposed thesis program is centered in working with ultracold atoms with a setup enabling their optimization towards achieving quantum storage, and quantum information applications in general.More specifically, the main focus will be to participate in the general program of storing photonic entangled states in both Rb and Cs samples successfully, leading to two remote entangled quantum memories. The key points will concern the issues of building and optimizing the optical lattices, since

the success of any storage protocol heavily depends on the lattice geometry and the atomic control. One should note that our double setup adds the opportunity to investigate cooling the Cs-sample to a quantum degenerate regime (BEC), in order to increase our flexibilities when optimizing our storage scheme.When the photonic state is to be stored, the right storage protocol will have to be defined, but most probably we will investigate imprinting the quantum state onto long-lived spin waves, by a spontaneous Raman scattering process. In order to transfer a qubit encoded from the photon polarization to the atomic sample, we need to develop a polarization dependent protocol. For that we will probably use either an interference scheme involving the geometric phase, or the Zeeman degeneracy that is present in both Rb and in Cs. We will also consider storage schemes based on electromagnetically induced transparency (EIT) and atomic frequency combs (AFC).Note that the final aim of this ambitious and very challenging program lies in testing the amount of entanglement remaining after paired photons have both experienced the quantum interface and memory devices.Besides working with quantum storage, part of our existing optical lattice program (“double optical lattices”) has an inherent possibility for realization of a fundamental quantum gate (“controlled phase-gate”). This work will also be part of the thesis work of the PhD-student.

The candidate will be part of the team “Quantum Information with Light and Matter (QILM)” at LPMC whose interests lie in quantum communication and information science. We expect from this candidate very good team-work ability since the entire team is involved in this project.

Titre de la thèse: Statistiques spatiales des cavités chaotiques ouvertes : applications aux cavités électromagnétiques

Directeur: Olivier Legrand

Téléphone: 04 92 07 67 87


Co-directeur: Fabrice Mortessagne

HDR: Oui



Contrat: Ordinaire



Sujet: La théorie du Chaos Ondulatoire s'intéresse depuis quelques années à l'étude des cavités ondulatoires chaotiques ouvertes, dans lesquels des mécanismes de dissipation (pertes aux parois, pertes aux capteurs, etc) sont pris en compte pour comprendre comment les statistiques modales et spectrales sont modifiées par rapport aux cavités chaotiques sans pertes. Les chambres réverbérantes (CR) chaotiques constituent des systèmes physiques de choix pour ce type d'étude [1].Dans le régime de faibles pertes où les résonances sont résolues, des travaux récents [2] basés sur la théorie des matrices aléatoires ont montré comment les fonctions d'ondes des quasimodes deviennent complexes et ont établi des prédictions analytiques pour la statistique du paramètre de complexité. Ce paramètre est défini à partir des parties réelle et imaginaire de la fonction d'onde E par : q^2=<(Im E)^2>/<(Re E)^2> où les moyennes sont des moyennes d'ensemble comme, par exemple, celles obtenues par une modification paramétrique de la cavité. Cette approche théorique modélise les pertes par l'introduction de canaux fictifs de dissipation dont le nombre et le couplage à la cavité sont des paramètres contrôlables. La distribution statistique du paramètre de complexité ainsi que les relations entre ses moments statistiques et ceux des largeurs modales restent à vérifier expérimentalement dans des cavités 2D ou 3D réelles sur un ensemble statistique de résonances dans le régime de faible recouvrement spectral.Toujours dans ce régime, des prédictions théoriques ont permis de rendre compte de la distribution des "croisements évités" entre fréquences propres adjacentes observée lors du brassage paramétrique d'une cavité électromagnétique [3].Le stage que nous proposons portera sur l'étude numérique des résonances de cavités réverbérantes rendues chaotiques par leur géométrie. On calculera numériquement les modes en présence de pertes

ohmiques et on s'attachera particulièrement à relier les paramètres de cette cavité aux paramètres du modèle théorique des matrices aléatoires (MA) et à établir les limites de validité de l'équivalence entre ces deux systèmes.

Références1) Orjubin G., Richalot E., Picon O., Legrand O.. Chaoticity of a reverberation chamber assessed from the analysis of modal distributions obtained by FEM.. IEEE Trans. Electromagn. Compat., 2007, 40, N° 3, pp. 7627712) Charles Poli, Dmitry V. Savin, Olivier Legrand, and Fabrice Mortessagne, Statistics of resonance states in open chaotic systems: A perturbative approach, Phys. Rev. E 80, 046203 (2009)3) Charles Poli, Barbara Dietz, Olivier Legrand, Fabrice Mortessagne, and Achim Richter, Avoidedlevelcrossing statistics in open chaotic billiards, Phys. Rev. E 80, 035204 (2009)

Titre de la thèse: Dynamique de gouttes déposées sur des substrats superhydrophobes

Directeur: Jean Rajchenbach

Téléphone: 04 92 07 67 65

email: [email protected]

Codirecteur: Franck Celestini

HDR: Non

email codirecteur: [email protected]

Contrat: Ordinaire


DSPT: DSPT 2 Physique

Sujet: Depuis quelques années de nombreuses recherches portent sur le transport contrôlé de petites quantités de fluides. Cet intérêt pour la microfluidique est motivé par les nombreuses applications potentielles dans le cadre de l’analyse biomédicale et chimique. La grande majorité des travaux portent sur le transport d’un fluide dans des microcanaux. Une autre possibilité mérite aussi d’êtreexplorée : elle consiste à faire se déplacer des microgouttes sur un substrat (1). L’objectif de cette thèse est de mettre au point de nouvelles méthodes de transport microfluidique par la confection de substrats super hydrophobes et l’utilisation de sollicitations mécaniques. Nous venons de mettre en évidence un nouveau mécanisme moteur par l’utilisation de vibrations (2,3) mais Il n’est pas certain que le transport par goutte puisse s’imposer au niveau des applications. Cette thèse se propose justement de répondre à cette question. L’objectif sera, tout d’abord, de caractériser l’interaction d'une goutte avec un substrat superhydrophobe dans le cadre de différentes situations : rebonds, vibrations ou éjections. Les propriétés non conventionnelles des matériaux servant de substrat devrait mettre en évidence des comportements complexes et les différentes situations envisagées permettront de caractériser la réponse du matériau. En fonction de la sollicitation considérée, nous chercherons à produire une surface dont la microstructure optimisera sa réponse. Ceci est désormais possible grâce à la nouvelle salle blanche du LPMC où nous produisons des substrats super hydrophobes par photolithographie. Audelà du caractère superhydrophobe du matériau, nous tenteront donc de mettre au point une surface, dont l’association à un fluide et une sollicitation précise, mettra en évidence un comportement non conventionnel et optimisé par rapport à la possibilité du contrôle du mouvement de la goutte. Un autre aspect important de la thèse consistera en des simulations numériques par dynamique moléculaire. Notre équipe possède une expertise reconnue dans ce domaine (4) et cette technique nous permettra de tester et de valider la modélisation des phénomènes étudiés expérimentalement à l’échelle sub millimétrique. On pourra ainsi explorer une gamme de taille difficilement accessible par l’expérience (submicronique). C’est en dessous de ces tailles que l’on

devrait pouvoir mettre en évidence l’influence primordiale des effets visqueux sur la mobilité des gouttes. Un travail vient de mettre en évidence une telle transition pour le phénomène d’éjection de gouttes induite par coalescence(5).Références :

1) S. Daniel, M.K. Chaudhury and P.G. de Gennes.Vibrationactuated drop motion on surfaces for batch microfluidic processes.Langmuir, 21, 4240 (2005)2) F. Celestini and R. Kofman.Vibration of submillimetersize supported droplets.Phys. Rev. E. 73, 41602, (2006).3) X. Noblin, R. Kofman and F. CelestiniRatchetlike motion of a shaken dropPhys. Rev. Lett. 102, 194504 (2009).4) F. Celestini.Diffusion of a liquid nanoparticle on a disordered substrate.Phys. Rev. B, 70, 115402 (2004).5) J. B. Boreyko and CH ChenSelfpropelled dropwise condensate on superhydrophobic surfacesPhys. Rev. Lett. 103, 184501 (2009)

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