Jury members :

Prof. Mickaël LALLART (INSA de Lyon), Reviewer

Dr. Hakeim TALLEB (Sorbonne Université), Reviewer

Prof. Adrien BADEL (Université Savoie Mont Blanc)

Prof. Ilangko BALASINGHAM, (Norwegian University of Science and Technology)

Dr. Vincent LOYAU (ENS Paris-Saclay)

Prof. Elie LEFEUVRE (Université Paris-Saclay), Thesis Director

Mr. Jean-Christophe LOURME, (CEO ValoTec), Thesis Co-Supervisor

Abstract :

Nowadays, active implantable medical devices have taken a fundamental role in the monitoring,  diagnosis, and treatment of patients. Despite the progress, the most employed energy source remains the single-use battery, whose replacement requires costly and invasive surgical procedures. As part of this thesis, a new wireless energy-transmission technology has been studied to improve the energy autonomy and solve the problem of battery replacement. The originality of this work consists in using a magnetoelectric composite placed in the implant. An out-body coil is used to create a low-frequency magnetic field, which penetrates in the body interacting very little with tissues. Under the effect of this magnetic field, the magnetoelectric composite is excited at resonance, and converts efficiently the received magnetic energy into electrical energy. This promising solution could contribute to the development of future generations of very long-lasting implants with extensive miniaturization.

Lien public: https://zoom.us/j/96887704627?pwd=UVdxbTdPVDN2Vmd3YnBsRHpJSDlDQT09

Jury members:

Christopher Bäuerle – Directeur de recherche Institut Néel, CNRS Rapporteur
Xavier Waintal – Directeur de recherche Quantum Photonics Electronics and Engineering Laboratory, CEA Grenoble Rapporteur
Mitali Banerjee – Professeure assistante École Polytechnique Fédérale de Lausanne Examinatrice
Piet Brouwer – Professeur Université Libre de Berlin Examinateur
Patrice Roche – Directeur de Recherche Service de Physique de l’État Condensé, CEA Saclay Examinateur
Anne Anthore – Enseignante-chercheuse Centre de Nanosciences et Nanotechnologies, Université de Paris Co-directrice 

Frédéric Pierre – Directeur de Recherche Centre de Nanosciences et Nanotechnologies, CNRS Co-directeur

Abstract:

Electronic transport in low temperature and low scale solid-state devices is governed by the laws of quantum mechanics, where the wavelike nature of electrons cannot be overlooked. The resulting effects are well explained when electronic transport is expressed in terms of elementary conductive channels, that are analogous to optical modes in a waveguide. Quantum Hall edge channels are a direct implementation of such electronic channels and consequently are a platform of choice to study electrical transport at the fundamental level. Notably, they can be used to implement electronic interferometers and in particular, the analogue of a Mach-Zehnder interferometer, which among other realizations, illustrates a promising route toward reproducing quantum optics experiments with electrons. A crucial difference with optics is that Coulomb interaction is ubiquitous in electronic circuits, which both limits the electron quantum coherence and gives rise to exotic correlated phenomena.
In this thesis, quantum Hall edge channels were arranged in a Mach-Zehnder geometry in order to study the effect of Coulomb interaction on the electronic quantum coherence. The obtained results are two-fold. First, a strategy based on the suppression of the Coulomb mediated coupling between co-propagating edge channels to highly increase the coherence length was demonstrated. This resulted in an observed coherence length enhanced by over one order of magnitude, reaching a macroscopic length of 0.25mm, a distance visible to the naked eye, at low temperature (10mK). In a second experiment, a small metallic island was introduced on one of the two paths of an electronic Mach-Zehnder interferometer. An electron remains within such an island much longer than its quantum lifetime, which normally prohibits any quantum coherent propagation of electrons across it. However, when a single channel is connected to this island, and if the latter’s capacitance is small enough to freeze any fluctuation of its global charge, a perfect transmission of the electron quantum state across the island is predicted. This striking prediction was experimentally demonstrated in this thesis. While the first result illustrates how Coulomb interaction can be detrimental to quantum coherence, the second one, on the contrary, shows that it can be harnessed to preserve quantum coherence.
 

Lien visio: https://u-paris.zoom.us/j/89833292091?pwd=cFZPTVVhNXhLQmRJM1FXeVNha3duZz09

Jury members:

Benoit Charlot : rapporteur,Directeur de Recherche, IES (UMR5214), Montpellier

Yong Chen : rapporteur, Directeur de Recherche, ENS (UMR8640), Paris

Vincent Senez : examinateur, Directeur de Recherche, IEMN (UMR8640), Lille

Pierre-Yves Joubert : examinateur, Professeur - Université Paris Saclay, C2N (UMR9001), Palaiseau

Anne-Marie Haghiri : directrice de thèse, Directeur de Recherche, CNRS (C2N-UMR9001), Palaiseau                                               

Gilgueng Hwang : co-directeur de thèse, Chargé de Recherche, CNRS (C2N-UMR9001), Palaiseau ,CNRS (C2N-UMR9001), Palaiseau                                            

Olaf Mercier : co-encadrant de thèse, PHPU -Professeur Université Paris Saclay, Hopital Marie Lannelongue, Le Plessis-Robinson             

Abstract:

Le poumon est un organe vital dont les pathologies au stade terminal peuvent induire une insuffisance circulatoire avec une défaillance cardiaque droite secondaire. Concernant les options thérapeutiques disponibles, des oxygénateurs sanguins macroscopiques basés sur la technologie des membranes extracorporelles (ECMO) sont actuellement utilisés au sein d'une unité de soins intensifs. Ces oxygénateurs doivent être remplacés en quelques semaines en raison de la coagulation dans le système. Dans ce contexte, le but de mon doctorat était de développer un dispositif microfluidique pour l'oxygénation du sang, qui présente une grande surface d'échange gazeux et capable de soutenir une endothélialisation durable à long terme des microcapillaires sanguins améliorant son hémocompatibilité pour les applications cliniques. Des calculs numériques basés sur le modèle d’échange gazeux de Potkay et coll. ont permis de comprendre le rôle de chaque paramètre géométrique sur l’échange gazeux et, donc, de dimensionner au mieux le système tricouche « microcapillaire de sang / membrane / microcanal de gaz ».

J’ai ensuite mis au point un protocole de microfabrication qui permet d’intégrer une membrane fine de polymère de très grande surface, et de fabriquer des oxygénateurs robustes et étanches sous pression. Les performances d’échange gazeux réalisés avec du sang veineux de cochon sont remarquables tant pour les tricouches unitaires, que pour les structures empilées avec un faible volume d’injection réduit, une oxygénation élevée (379 ml O₂/min/m²) à un débit élevé (15ml/min). Ces résultats expérimentaux ont pu être comparés aux calculs numériques. Enfin, avec une géométrie optimisée pour minimiser la contrainte de cisaillement, un protocole d’endothélialisation durable dans les capillaires sanguins a été proposé.

Lien public :https://eu.bbcollab.com/guest/4b266172a7d34c7dbf3b46e85ba71a2e 

Jury members:

Tarik BOUROUINA (Professeur, ESYCOM, ESIEE, Université Gustave Eiffel) : rapporteur
Marc FAUCHER (Chargé de recherche, IEMN, CNRS, Université Lille 1) : rapporteur
Jérôme JUILLARD (Professeur, GEEPS, Université Paris-Saclay) : examinateur
Olivier LE TRAON (Directeur adjoint du DPHY, ONERA) : examinateur
Patrick PONS (Directeur de recherche, LAAS, CNRS) : examinateur
Alain BOSSEBOEUF (Directeur de recherche, C2N, CNRS, Université Paris-Saclay) : directeur de thèse
Rose-Marie SAUVAGE (Responsable Innovation, Domaine Nanotechnologies, Capteurs et Composants, DGA) : invitée

Abstract:

Les accéléromètres et les gyromètres sont essentiels à la navigation des véhicules autonomes. Parmi les capteurs existants, les MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sont les plus petits, les moins chers et les moins consommateurs d’énergie mais leurs performances restent encore trop faibles pour certaines applications. Pour les améliorer, cette thèse propose d’exploiter la piézoélectricité de l’arséniure de gallium (GaAs) semi-isolant. Des profils de tranchées obtenus par gravure réactive ionique profonde du GaAs jusqu’à 450 μm dans un plasma BCl3/Cl2 ont été étudiés et un nouveau masque de gravure bicouche résine sur silice a été développé pour rendre les flancs de tranchées plus verticaux et plus lisses. Des poutres encastrées-libres, un gyromètre diapason et un gyromètre triaxial ont été fabriqués par gravure traversante du GaAs et caractérisés. Malgré ses défauts, le procédé de fabrication permet de réaliser des résonateurs avec des facteurs de qualité supérieurs à 100 000 et une dispersion des fréquences inférieure à 3 %. Deux études théoriques sont également présentées. D’abord, une modification du gyromètre triaxial est proposée où les ancrages sont déplacés à l’extérieur de la structure. Ensuite, un modèle mathématique complet de l’épaisseur et de la forme d’électrodes métalliques déposées sur les flancs de tranchées par évaporation et masquage par ombrage (shadow-masking) est détaillé. Ces électrodes latérales sont nécessaires à la détection piézoélectrique des vibrations.

Lien visio: https://eu.bbcollab.com/guest/c3cb9eac5e7b4e2f92fbfad4cd565416

Jury members :

Azzedine BOUDRIOUA, Rapporteur, Professeur des Universités, Université Sorbonne Paris Nord (LPL)
Nicolas IZARD, Rapporteur, Chargé de recherche CNRS, Université de Montpellier (L2C)
Agnès MAITRE, Examinatrice, Professeure des Universités, Sorbonne Université  (INSP)
Raffaele COLOMBELLI, Examinateur, Directeur de recherche CNRS, Université Paris Saclay (C2N)

Béatrice DAGENS,  Directrice de thèse, Directrice de recherche CNRS, Université Paris Saclay (C2N)
Laetitia PRADERE, Co-Encadrante de thèse, Ingénieure de recherche, Groupe PSA
Aloyse DEGIRON,  Invité, Chargé de recherche CNRS, Université de Paris (MPQ)
Thomas LOPEZ,  Invité, Ingénieur de recherche, Groupe PSA

Abstract :

Cette thèse est la première étape dans la conception d’une source de lumière visible cohérente mais non lasante pour des applications d’éclairage et de signalisation automobiles. Dans ce travail, différents aspects théoriques, numériques et expérimentaux ont été abordés. Ainsi, des structures combinant différents émetteurs organiques et des nanoantennes (NP) ont été réalisées et ont permis de démontrer d’une part une exaltation de la luminescence grâce aux résonances plasmons des antennes, et d’autre part, une signature de couplage fort. Aucune suppression d’émission de lumière (quenching) n’a été observée dans nos structures où les NP métalliques sont en contact direct avec la couche organique. Ces résultats sont prédits par la loi de Kirchhoff locale où les molécules de la couche organique sont dans le régime de thermalisation.   Un outil de simulation numérique aux éléments finis a été développé pour étudier le couplage entre un milieu dipolaire actif et des nanoantennes plasmoniques dans une structure LED (Light Emitting Diode). Le modèle, dont la validité dépasse le cadre de cette thèse, permet d'inclure la réponse nonlinéaire du milieu dipolaire dans les simulations électromagnétiques effectuées dans le domaine fréquentiel. Enfin, un premier dispositif OLED (Organic LED) a été développé, comme étape préliminaire et incontournable vers une source cohérente étendue. Une suite possible à ces travaux serait d’optimiser l’OLED fabriquée et d’y insérer des nanoantennes, en contact avec la couche organique émettrice, pour la transformer en dispositif émettant de la lumière dans le régime du couplage fort et en présence d’un état collectif.

Lien public : https://eu.bbcollab.com/guest/5181636d262b447199cf4ae49c148950

Jury members :

Kien Phan Huy, FEMTO-ST Besançon (rapporteur)
Sébastien Hentz, CEA-LETI Grenoble (rapporteur)
Emmanuelle Deleporte, ENS Paris Saclay (examinatrice)
Lukas Novotny, ETH Zurich (examinateur)
Ariel Levenson (directeur de thèse)
Rémy Braive (invité)

Abstract :

Nanomechanical systems are useful to inspect some fundamental aspects of physics such as the relations between the elastic, thermal and electromagnetic properties of solid-state objects. When interacting with an optical cavity or coupled to an electrostatic actuator, these systems can be studied in the wide topic of electro-optomechanics. This work takes advantage of photonic crystal versatility to investigate the nonlinear optical and mechanical dynamics of such electro- or optomechanical systems under coherent modulation.

The first experiments use a nanophotonic platform combining a suspended InP membrane and an underneath integrated silicon waveguide. The membrane is etched with a 2D photonic molecule whose electromagnetic eigenmodes can be driven with a laser thus enabling a sensitive access to the mechanical noise spectrum of the membrane. Using a coherent modulation of the input laser field, we show that the input modulation sidebands are transferred to the mechanical frequency domain via the optomechanical interactions. The presence of thermo-optic nonlinearities further leads to a desymmetrization of these spectral patterns, thus suggesting the use of modulation to parametrically amplify and even synchronize several mechanical modes.

In a second part, we study two mechanically coupled electro-optomechanical nanocavities. The bistable mechanical responses evidence the strong intrinsic Duffing nonlinearities of the material. In this context, the use of coherent modulation of the input force reveals interesting period-doubling cascade route to chaos dynamics. The simultaneous excitation of both normal modes in their nonlinear regime allows them to couple such that the normal mode responses, although chaotic, can synchronize. As chaotic systems can be used to generate random numbers, this bichromatic synchronized chaotic dynamics could be exploited in novel multispectral data encryption protocols.

Lien public: https://u-paris.zoom.us/j/89075316010?pwd=Uk4rQkdtVVAwV08rUTNBYmY5cW02UT09

Philippe Gallion IMT/ParisTech, (Rapporteur), Professer Emérite, 

Christophe Peucheret ENSAAT (Rapporteur), Professeur

Joel Jacquet EIGSI (Examinateur), HDR

Fréderic Boeuf ST Microelectronics (Invité)

Béatrice Dagens, CNRS / C2N (Examinatrice), Directrice de Recherche

Alexandre Shen, 3-5lab (Co-encadrant/Examinateur), HDR

Abderrahim Ramdane, CNRS/C2N (Directeur de Thèse), Directeur de Recherche Emérite

Abstract:

Alors que le trafic de donnée intra- datacenter augmente exponentiellement, de nouvelles générations de transpondeurs optiques sont étudiées. Ces transpondeurs doivent délivrer un fort débit, tout en restant faible consommation. Les technologies cohérentes –sur lesquelles sont établies les liens intercontinentaux- doivent voir leur taille et bilan énergétique réduits. L’utilisation de formats cohérents avancés améliorera les performances des systèmes cohérents tout en les gardant compacts et efficaces énergétiquement. Cependant ces formats peuvent être déployés seulement si des lasers faibles bruits sont utilisés. C’est dans ce cadre que cette thèse étudie la réduction du bruit de phase de trois types de diodes lasers. Premièrement, nous étudions un nouveau type de laser à rétroaction distribué ayant une faible largeur de raie. Des simulations montrant les paramètres de conceptions optimaux de ce type de laser III-V/Si sont présentées. Dans le chapitre suivant, nous analysons les propriétés de reconfiguration rapide de lasers accordables faible bruit. Ici, nous proposons d’abord une nouvelle méthode de mesures permettant d’analyser précisément un saut de mode, ensuite nous présentons des résultats record de transmission cohérentes de paquets optiques. Dans un dernier chapitre, nous montrons que la rétroaction optique permet de stabiliser un laser à verrouillage de mode. Après avoir analysé les différents régimes de fonctionnement, nous confirmons les hautes performances de lien de communication cohérente utilisant ces lasers peigne de fréquence.

Lien visio: https://eu.bbcollab.com/guest/46e4a9c096ae410c863fbdb1c2e6c72c

Membres du Jury :

-Pr Eric Le Bourhis (PPrime Poitiers) Rapporteur

-Pr Phippe Knauth (Madirel) Rapporteur

-Pr Yves Bréchet (SImap) Examinateur

-Pr Nadine Witkwski (INSP) Examinatrice

-Dr Ekaterina Burov (SGRP-SVI) Directrice de thèse

-Dr Ludovic Largeau (C2N) Encadrant

-Dr Alain Portavoce (IM2NP) Invité

-Dr Hervé Montigaud (SGRP-SVI) Invité

Lien visio : https://bit.ly/39xNuTO

Abstract

Ce manuscrit tente d’apporter des éléments de compréhension sur les interactions des couches nanométriques de NiCr dans les empilements déposés par pulvérisation cathodique magnétron pour les vitrages destinés à l’isolation thermique renforcée. Les couches d’alliage de nickel-chrome sont insérées aux interfaces de la couche d’argent afin de la protéger vis-à-vis de l’oxydation. Cette oxydation peut survenir lors du dépôt des couches diélectriques d’encapsulation d’oxyde de zinc et de nitrure de silicium, ou au cours de recuits nécessaires aux procédés industriels. Bien que largement employées, les interactions des couches de NiCr avec les couches adjacentessont encore mal comprises. Par exemple, dans certaines conditions, on observe des phénomènes de migration du nickel de ces couches vers les couches d’argent et d’oxyde de zinc, ce qui peut être critique pour les performances recherchées.Ce phénomène est d’autant plus difficile que les formes chimiques et les microstructures de ces couches sont elles-mêmes étroitement liées aux séquences et aux choix des paramètres de dépôt. Ce travail propose une approche nouvelle pour la caractérisation microstructurale et chimique du système de couches minces NiCr/ZnO, ainsi quepour le suivi de son évolution sous activation thermique. L’enjeu de ces travaux résidedans les faibles épaisseurs et dans la multitude d’espèces pouvant intervenir à l’interface NiCr/ZnO. Nous avons alors mis à profit la valeur ajoutée de techniques telles que le ToF-SIMS, la sonde atomique, l’XPS et la microscopie électronique pour accéderà la localisation et aux compositions 3D avec une résolution quasi nanométrique.Nous avons réalisé une étude comparative sur des empilements différant par les paramètres de dépôt tels que l’ajout d’oxygène, la nature des cibles ou le mode de décharge électrique.En particulier, nous avons mis en lumière un couplage entre la séquence de dépôt de chacune des couches et les états d’oxydation du nickel à l’interface. Nous avons également montré que la diffusion du nickel lors de recuits sous air ousous vide est étroitement liée à cet état d’oxydation et accélérée au niveau des joints de grains des couches polycritallines de ZnO. Nous avons par ailleurs vu que quelles que soient les conditions explorées, le chrome lui forme une couche d’oxyde qui ne diffuse pas en température.

Rapporteur Pr. Ian O’CONNOR École Centrale de Lyon, Université de Lyon

Rapporteur Pr. Benoît MIRAMOND LEAT Université Côte d’Azur

Examinateur Pr. Olivier SENTIEYS ENSSAT, Université de Rennes 1

Examinateur Dr. François ANDRIEU CEA-Leti

Examinateur Pr. Delphine MARRIS-MORINI C2N, CNRS, Université Paris-Saclay

Examinateur Pr. Jean-Michel PORTAL IM2NP, CNRS, Aix-Marseille Université

Invité Pr. Marc BOCQUET IM2NP, CNRS, Aix-Marseille Université

Directeur de thèse Dr. Damien QUERLIOZ C2N, CNRS, Université Paris-Saclay

Depuis les années soixante-dix l'évolution des performances des circuits électroniques repose exclusivement sur l'amélioration des performances des transistors. Ce composant a des propriétés extraordinaires puisque lorsque ses dimensions sont réduites, toutes ses caractéristiques sont améliorées. Mais, du à certaines limites physiques fondamentales, la diminution des dimensions des transistors n’est plus possible. Néanmoins, de nouveaux nano-composants mémoire innovants qui peuvent être intégré conjointement avec les transistors voient le jour tant au niveau académique qu'industriel, ce qui constitue une opportunité pour repenser complètement l'architecture des circuits électroniques actuels. L'une des voies de recherche possible est l’inspiration du fonctionnement du cerveau biologique. Ce dernier peut accomplir des tâches complexes et variées en consommant très peu d’énergie. Ces travaux de thèse explorent trois paradigmes neuro-inspirés pour l'utilisation de ces composants mémoire. Chacune de ces approches explore différentes problématiques du calcul en mémoire.

Mots clefs : intelligence artificielle, électronique neuro-inspirée, systèmes neuromorphiques, synapses artificielles, réseaux de neurones, mémoires émergentes, nanocomposants, jonctions tunnel magnétiques

Lien public: https://eu.bbcollab.com/guest/81c72ffb7d1143f19462ab419b66be7d

Nicolas GRANDJEAN, Pr, EPFL, Rapporteur & Examinateur

Alfredo DE ROSSI, HdR, Ingénieur TRT, Rapporteur & Examinateur

Maria TCHERNYCHEVA, DR, CNRS, C2N, Examinatrice

Michael KNEISSL, Pr, TU Berlin, Examinateur

Yannick DUMEIGE, MC, HdR, Institut Foton, Examinateur

Philippe BOUCAUD, DR, CNRS, CRHEA, Directeur de thèse

Bruno GAYRAL, Ingénieur HdR, CEA, IRIG, Co-Encadrant

III-nitride semiconductors (AlN, GaN, InN and their alloys) have become an integral part of our daily lives as they are used in white, blue, green, and ultraviolet light emitting diodes, as well as laser diodes, and power and high frequency electronics. This material is highly versatile due to its tuneable large direct band gap from the ultraviolet to the visible. III-nitrides give access to a very wide range of electronic, optoelectronic, and photonic applications. In photonics, a promising field relies on the III-nitride on silicon platform for next generation photonic integrated circuits due to its large transparency window from the ultraviolet to the near-infrared and the possibility of monolithic integration of active emitters such as quantum wells or quantum dots.
In this thesis, we study microdisk resonators and lasers and their integration into active photonic circuits in the ultraviolet and visible spectral range. We demonstrate low threshold pulsed optically pumped lasing in microdisks, the first active microlaser photonic circuits in the blue and ultraviolet spectral ranges, as well as critical coupling in the blue spectral range. We also propose a scheme for electrical injection in microrings that is compatible with photonic circuits. Finally, we give an outlook of on-going work with photonic circuits in the near-infrared as well as ways to improve electrical injection in the blue spectral range.

Lien public : https://eu.bbcollab.com/guest/43da1ff0ea164d58b4ff84fbbc8a79d4

Le nombre de personnes pouvant accéder à l’amphithéâtre étant limité, veuillez contacter Farsane Tabataba-Vakili à l'adresse suivante: farsane.tabataba-vakili@u-psud.fr, si vous souhaitez assister à la thèse en présentiel.