Résumé des travaux

Si des solutions à des problèmes pratiques ont été imaginées depuis des centaines, voire des milliers d’années, les micro-nano-technologies ont offert plus récemment des moyens de miniaturisation et d’intégration inédits.

Ces travaux ont pour point de départ l’intégration de cuivre épais dans les procédés de la microélectronique. Impossible jusqu’au tournant du XXIème siècle, elle est aujourd’hui courante. Dans une première partie, la réalisation de micro-dispositifs en cuivre épais est présentée et l’application de cette technologie à la réalisation de transducteurs acoustiques – micro-haut-parleur et absorbeur acoustique haute performances – est décrite.

Dans une deuxième partie, un nouveau saut technologique est présenté. L’application des technologies de la microélectronique à la réalisation de dispositifs polymères est étudiée et appliquée à la réalisation de capteurs de force souples. Des règles générales de dimensionnement des capteurs sont extraites par des moyens numériques et expérimentaux. Les limites ultimes de sensibilité et de gamme de mesure des capteurs utilisant des corps d’épreuves en PDMS ont été définies et atteintes.

Composition du Jury :

• Philippe LECOEUR, Professeur, Univ. Paris-Saclay
• Henri CAMON Directeur de recherche, LAAS
• Isabelle DUFOUR Professeur, Univ. Bordeaux
• Josep SAMITIER Professeur, Univ. Barcelona
• Skandar BASROUR, Professeur, Univ. Grenoble Alpes
• Alain BOSSEBOEUF, Directeur de recherche, C2N
• Orphée CUGAT, Directeur de recherche, G2ELab

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Légende : Capteurs de force 3D capacitifs en PDMS/cuivre

Jury members:

Morral Anna, Professeur à l’EPFL, Suisse

Leprince-Wang Yamin, Professeur à l’Université Gustave Eiffel, laboratoire ESYCOM, France

Legrand Bernard, Directeur de Recherche CNRS, LAAS, France

Monroy Eva, Chercheur sénior HDR, CEA-Grenoble, France

Poulin-Vittrant Guylaine, Directrice de Recherche CNRS, GREMAN, France

Janolin Pierre-Eymeric, Professeur – Département de Physique de CentraleSupélec, SPMS, France

Abstract:

« Imaginez un monde où les micro-dispositifs puiseraient directement dans leur environnement l’énergie dont ils ont besoin pour fonctionner ! »

Tel est aujourd’hui le souhait d’un grand nombre d’entreprises ou de startups utilisant des microsystèmes et confrontées au problème récurrent du coût élevé et du temps de vie limité des batteries.

L’autonomie énergétique des micro-dispositifs connectés est aujourd’hui un enjeu majeur aux fortes retombées économiques et environnementales. Grâce à la miniaturisation des systèmes et donc la réduction de leur consommation énergétique (quelques mW, voire µW), mais également grâce aux avancées technologiques en micro-nano-fabrication, de nouvelles perspectives s’ouvrent pour développer des systèmes d’alimentation autonomes basés sur la récupération des énergies renouvelables. Ce défi est au cœur de mon activité de recherche qui vise à développer des générateurs efficaces intégrant des nanomatériaux aux propriétés piézoélectriques exaltées du fait de leurs dimensions, capables de convertir les énergies mécaniques environnantes en une énergie électrique directement utilisable.

Les nanofils III-Nitrures (GaN, InGaN…) font partie des nanomatériaux prometteurs.  Grâce à une étude multi-échelles systématique allant de la croissance des nanofils III-N jusqu’à la fabrication et les tests de dispositifs piézo-transducteurs intégrant ces nanofils, en passant par l’étude des propriétés de piézo-conversion sur nanofils uniques et la compréhension des mécanismes piézoélectriques mis en jeu, j’ai mis en évidence que de telles nanostructures unidimensionnelles présentent une forte capacité de conversion électromécanique et constituent donc des nanomatériaux de choix pour fabriquer une nouvelle classe de générateurs piézoélectriques compacts et efficaces.

Lien visio: https://c2n.webex.com/c2n-en/j.php?MTID=m06be946f0bf499b42d8f97b97721838b

Meeting number (access code): 163 051 4723

Meeting password: SEmFk7tkw38

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Jury members :

Prof. Alexander BALANDIN, University of California at Riverside, USA, rapporteur

Prof. Lukas NOVOTNY, Swiss Federal Institute of Technology in Zurich, Switzerland, rapporteur

Prof. Eli YABLONOVITCH, University of California at Berkeley, USA, rapporteur 

Prof. Hatice ALTUG, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland

Prof. Markus ASPELMEYER, Universität Wien, Austria

Prof. Vitalyi GUSEV, Université Le Mans, France

Prof. Odile STÉPHAN, Université Paris-Saclay, France

Acoustic-phonons are usually seen as a primary source of unwanted effects in optoelectronics and quantum technologies based on solid-state platforms. This work presents a series of nanodevices and experimental optical techniques where acoustic-phonons constitute a central resource to unveil novel and exciting
physical phenomena.

Acoustic waves at the nanoscale can be used as a simulation platform to evidence wave phenomena difficult or impossible to access in photonics and electronics, as a tool to control other solid-state excitations, and even as a new knob in the design of
optoelectronic classical and quantum nanodevices. This work addresses, among other results, the implementation of effective potentials for acoustic nanowaves, the conception of phononic topological interface modes, and the demonstration of 3D opto-phononic resonators based on semiconductor micropillars and optical antennas. By bridging the gap with optomechanics, plasmonics, and quantum technologies, nanophononics has the potential to unlock new nanodevice engineering directions.

Daniel Lanzillotti Kimura obtained his Ph.D. in Physics in 2009 from both the Instituto Balseiro in Argentina and the Institute of Nanosciences in Paris. His field of research is nanophononics and nanomechanics. Between 2009 and 2015, he was a postdoctoral researcher in the Bariloche Atomic Center in Argentina, the University of California at Berkeley in USA, and the Laboratory for Photonics and Nanostructures in France. Since 2015, Daniel Lanzillotti-Kimura is a CNRS researcher at the Center for Nanosciences and Nanotechnology. In 2016 he was awarded an ERC Starting Grant

Link:  https://us02web.zoom.us/j/84187143413

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L’optique non-linéaire, l’optique quantique et l’interaction lumière-matière sont au coeur de mes travaux de recherche. Au CNRS, Je me suis d’abord intéressé aux interactions cohérentes et non
linéaires dans les cristaux dopés aux ions de terres rares et plus particulièrement aux ions Erbium dont la transition optique correspond à la longueur d’onde télécom. Exalter les effets non linéaires pour des applications en information quantique était l’une de mes motivations. Mon travail a permis d’apporter une meilleure compréhension des propriétés spectroscopiques des ions Erbium, et qu’ils étaient propices pour des démonstrations d’optique cohérente tel que le ralentissement de la lumière ou la transparence électromagnétique induite.
L’exaltation de l’interaction lumière-matière est également l’une de mes motivations. J’ai choisi de l’aborder en étudiant une plateforme nanophotonique compatibles avec les atomes usuellement utilisés pour l’électrodynamique quantique en cavité et plus particulièrement les atomes de Rb. L’exaltation peut se faire en confinant la lumière dans des volumes sub-longueurs à l’aide de cavités à cristal photonique ou encore en exploitant l’ingénierie de la relation de dispersion dans les cristaux photoniques pour augmenter l’indice de groupe.
L’optique quantique reste un domaine de recherche qui me tient à coeur. Au cours de ces dernières années, je me suis intéressé à la génération d’états quantiques de lumière présentant des intrications
quantiques multimodes, ressources incontournables pour l’information quantique. Une première approche consiste à générer des états triplets à partir d’un photon pompe, d’une manière similaire à la génération de photons jumeaux, observés depuis plus de 40 ans. Le but de mes activités récentes et futures est de proposer des approches alternatives, alliant l’optique quantique et la photonique intégrée. Il s’agit d’utiliser une plateforme intégrée de guides d’onde non linéaires couplés pour engendrer des modes optiques spatiaux intriqués ou une plateforme de résonateurs en silicium pour engendrés des modes de résonances intriqués en fréquence. Ces nouvelles plateformes constitueront des ressources reproductibles, petites, stables et efficaces fonctionnant aux longueurs d’ondes télécom.

Kamel Bencheikh received the Ph.D. degree in 1996 from the University Paris 13. During the Ph.D., done at Centre National d’Etudes en Telecommunication (CNET-Bagneux), he worked on the field of quantum optics, studying noiseless optical amplification, twin-photons correlations, and quantum non-demolition measurement demonstrating for the first time repeated quantum nondemolition interaction by backaction evading measurement. From 1997 to 1999 he moved to Konstanz University in Germany for a post-doctoral position as an Alexander Von-Humboldt fellow. he worked on the design and study of stable optical parametric oscillators as tools for high-resolution spectroscopy of rare earth ions doped crystals. In 1999, he joined the CNRS as Chargé de Recherche at Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN), working on different fields: going from quantum information with continuous variables, coherent effects in rare earth ions doped solids, slow light propagation in semi-conductor photonic crystals, to nanophotonics. Among the important achievement, the demonstration of electromagnetically induced transparency phenomena in solid-state crystal doped with erbium ions. he has also demonstrated very slow light propagation (3 m/s) in the same material using a coherent effect called Coherent population oscillations. Combining the optical properties of photonic crystals to the dispersive properties of semi-conductor quantum wells, he has shown a large increase of the photon lifetime in photonic crystal nanocavities. Very recently, we his collaborators at FOTON, they have confirmed this aspect in microsphere doped with Erbium ions achieving lifetimes of more than 2 ms. Over the last years, he have also been working on the theoretical aspects of the generation of triple photons, the analog of twin photons that have deeply influenced quantum optics by their wide range fundamental and practical demonstrations. Recently he started a new activity dedicated to the elaboration of a nanophotonic plateform dedicated to strong photon-atom interaction using photonic crystal semi-conductor materials.

Lien visio: https://u-paris.zoom.us/j/81163159423?pwd=V0phR2VxUTF4MklvNnBOa0hJWGhsUT09