Thèse Nano-Optique Sous la Pointe d'Un Microscopie à Sonde Locale pour Étudier et Manipuler les Excitons dans les Matériaux Bidimensionnels 2D H/F - Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay
Direction de la thèse : Eric LE MOAL ORCID 0000000287285066
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

Ce projet doctoral vise à comprendre et contrôler à l'échelle nanométrique la dynamique des excitons (les excitations élémentaires formées d'un électron et d'un trou liés) dans des matériaux semi-conducteurs atomiquement fins. Ces matériaux bidimensionnels sont des plateformes idéales pour la recherche fondamentale sur les effets du confinement quantique dans les semi-conducteurs.
L'originalité de ce projet repose sur l'utilisation du courant tunnel sous la pointe d'un microscope à effet tunnel (STM) comme source d'excitation locale pour générer et manipuler des excitons dans des matériaux semi-conducteurs atomiquement fins. La luminescence qui résulte de cette excitation à l'échelle nanométrique est analysée par spectroscopie et microscopie optique. Cela permet de sonder localement les processus élémentaires d'interaction entre les électrons tunnel, les excitons, les porteurs de charges libres dans le matériau, et les photons.
Les matériaux étudiés seront des monofeuillets de dichalcogénures de métaux de transition et des hétérostructures de van der Waals obtenues par empilement contrôlé de ces monofeuillets. Ce projet de recherche fondamental a pour objectif la maîtrise des mécanismes microscopiques gouvernant la physique des excitons dans les matériaux bidimensionnels.

Actuellement, la dynamique des excitons dans les monofeuillets de dichalcogénures de métaux de transition et leurs hétérostructures de van der Waals est le sujet d'intenses efforts de recherche. L'utilisation de la microscopie à effet tunnel comme un outil de nano-optique est en plein essor et représente un potentiel énorme pour sonder et manipuler les interactions lumière-matière à l'échelle nanométrique. Cependant, les processus physiques élémentaires en jeu dans l'interaction du courant tunnel avec les matériaux excitoniques sont encore mal compris. Le groupe Nanophysique et Surfaces a historiquement une position de leader dans ce domaine de recherche, notamment après avoir été le premier à décrire la luminescence excitonique induite par effet tunnel inélastique dans un monofeuillet de dichalcogénure de métaux de transition.

Currently, exciton dynamics in transition metal dichalcogenide monolayers and their van der Waals heterostructures is the subject ofintense research efforts. The use of scanning tunneling microscopy as a nano-optical tool is rapidly expanding and represents enormous potential to probe and manipulate light-matter interactions at the nanoscale. However, the elementary physical processes involved in the interaction of tunneling current with excitonic materials are still poorly understood. The Nanophysics@Surfaces grouph as historically held a leading position in this research field, notably after being the first to describe excitonic luminescence induced by inelastic tunneling in a transition metal dichalcogenide monolayer.

Les objectifs sont de sonder, comprendre, et contrôler les processus excitoniques élémentaires dans les semi-conducteurs bidimensionnels. En particulier, il s'agit de décrire et maîtriser les mécanismes d'interaction entre électrons, excitons et photons, en jeu dans l'électroluminescence de ces matériaux lorsque ceux-ci sont excités par le courant tunnel. A long terme, il s'agit de réaliser la manipulation d'excitons à l'échelle nanométrique.

The objectives are to probe, understand, and control elementary excitonic processes in two-dimensional semiconductors. In particular, the aim is to describe and control the interaction mechanisms between electrons, excitons, and photons involved in the electroluminescence of these materials when they are excited by tunnel current. In the long term, the aim is to achieve the manipulation of excitons at the nanometric scale.

Les expériences seront réalisées à l'ISMO sur un dispositif unique qui couple un microscope à sonde locale à un microscope optique.Les matériaux bidimensionnels seront obtenus via des collaborations déjà mise en place.
The experiments will be conducted at ISMO using a unique device that couples a scanning probe microscope to an optical microscope.The two-dimensional materials will be obtained through existing collaborations.

Le/la candidat.e recherché.e doit avoir un profil de physicien.ne avec de solides connaissances en optique et en physique de la matière condensée, un goût pour la recherche expérimentale et le travail d'équipe, et si possible une expérience précédente (un stage par exemple) de recherche expérimentale en optique ou en microscopie à sonde locale.