Les recherches en photonique s’appliquent aussi bien à des sujets très fondamentaux comme le contrôle et la manipulation de l’information quantique qu’à des problématiques visant des applications à court ou moyen terme dans les domaines des technologies de l’information, de l’énergie photovoltaïque, ou encore de l’imagerie biomédicale et des capteurs. De par sa taille, ce département représente une des forces les plus importantes sur la photonique au niveau européen.

Trois axes fédérateurs sont développés : Nanophotonique non-linéaire et quantique, Photonique sub-longueur d’onde et nano-objets et Dispositifs photoniques et nanophotoniques.

Les matériaux sont le fondement d’une grande majorité des thématiques du C2N. Innover dans ce domaine est essentiel. Comprendre les mécanismes de croissance et corréler les propriétés des matériaux avec leurs conditions d'élaboration sont les grands enjeux à relever. Ces objectifs font appel à des moyens de synthèse et d'analyse avancés et au développement d'outils théoriques et de modélisation adaptés. Les activités en sciences des matériaux portent principalement sur des nanostructures à base de semi-conducteurs III-V, de Si/Ge, de nouveaux matériaux 2D, d'oxydes fonctionnels et de métaux. L'hybridation de ces divers matériaux est un autre défi ouvrant vers de nouvelles fonctionnalités. Ces activités sont en couplage fort avec la photonique, la nanoélectronique, les composants et les systèmes.

6 axes fédérateurs sont développés : Objets de basse dimensionnalité, Hybridation, Interfaces mixtes, Matériaux topologiques, Stratégies d’intégration, Théorie, modélisations, simulations, et Analyses.

En cherchant à tirer parti des nouveaux concepts physiques en jeu dans les phénomènes observés à l'échelle nanométrique, les recherches menées en Nanoélectronique vont de l’étude fondamentale de circuits quantiques à la réalisation de nouveaux nanodispositifs basés sur la manipulation de plusieurs variables d'état (charge, spin, phase) en passant par le développement d’architectures innovantes telles que les circuits bio-inspirés. 2 axes fédérateurs sont développés : Physique dans les nano-composants basés sur la charge et le spin et Simulation, théorie, architecture.

Les acteurs du C2N ont tissé des liens très étroits non seulement avec les autres acteurs du plateau mais aussi avec des industriels majeurs qui ont permis de grandes premières dans ces domaines. Cet ensemble d’acteurs constitue sans doute l’une des plus fortes concentrations de compétences en nanophysique et en électronique de spin en Europe.

Les nanosystèmes électromécaniques (NEMS), dont l’émergence est récente, ont montré un fort potentiel pour l'étude de phénomènes physiques fondamentaux ou pour la réalisation de capteurs ultrasensibles et de micro-horloges.

Par ailleurs, les applications des micro-nano-technologies au domaine de la santé constituent à l’évidence un domaine majeur, tout particulièrement sur le territoire de l’Île-de-France qui rassemble la plus grande concentration de Centres Hospitaliers Universitaires d’Europe.

3 axes fédérateurs sont développés : Micro- Nano- Systèmes et Instrumentation, Micro- Nano- Dispositifs pour applications biomédicales et Micro- Nano- Fluidique et Biotechnologies.