Thèse Matériaux en Films Minces pour l'Optique aux Courtes Longueurs d'Onde H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : Laboratoire Charles Fabry
Direction de la thèse : Franck DELMOTTE ORCID 0000000267696204
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

Le domaine de l'optique extrême-ultraviolet (EUV, longueurs d'onde entre 1 nm et 100 nm) connaît une évolution rapide depuis une vingtaine d'années. Plusieurs barrières scientifiques et technologiques ont été franchies au cours de ces dernières années grâce au rayonnement EUV : la génération d'impulsions EUV de durée inférieure à 100 attosecondes (100 as=10-16 s) a permis l'observation des orbitales électroniques dans les molécules par tomographie; la couronne du soleil et de ces protubérances ont pu être observées en 3 dimensions en combinant les images prises par les deux télescopes EUV de la mission NASA STEREO; un morceau de matière a été chauffé pour la première fois à plus d'un million de degrés par le laser à électrons libres. Les progrès importants réalisés par les composants optiques dédiés à cette gamme spectrale ont également participé à cette évolution. En particulier, les miroirs interférentiels multicouches, basés sur une structure périodique de films minces (d'épaisseur nanométrique), ont largement démontré leur intérêt dans de nombreux domaines scientifiques et technologiques : rayonnement synchrotron, plasmas chauds (projet laser MégaJoule), physique solaire (télescopes imageurs EUV), microscopie X pour la biologie, lithographie EUV, analyse X, etc.
La réalisation d'optiques pour le domaine spectral EUV est rendue difficile par les propriétés optiques des matériaux à ces longueurs d'onde très courtes. D'une part, l'absorption est non nulle et augmente avec la longueur d'onde. D'autre part, la réfraction est faible et ne permet pas de réfléchir efficacement la lumière à une interface. De plus tous les défauts (de surface et/ou d'interface) doivent avoir des amplitudes négligeables devant la longueur d'onde ce qui amène à repousser les limites technologiques actuelles, notamment en termes de planéité et de rugosité des interfaces.
Pourtant, l'émergence de nouvelles sources X et de nouvelles applications dans ce domaine spectral requiert des composants optiques toujours plus performants, sur une gamme spectrale étendue et/ou avec des fonctions spécifiques. Cela amène à reconsidérer les structures et les matériaux usuellement utilisés pour réaliser ces composants.
Le sujet de cette thèse est d'étudier les propriétés optiques des matériaux en films minces en vue de développer des miroirs EUV plus performants et de pouvoir modéliser correctement les performances des instruments existants (télescopes EUV, microscopes X, spectromètre X, etc.), notamment pour les longueurs d'onde supérieures à 35 nm, qui reste un domaine spectral largement inexploré.

Le laboratoire Charles Fabry est constitué d'environ 170 personnes dont 22 chercheurs CNRS, 25 enseignants-chercheurs de l'Institut d'Optique Graduate School ou de Paris- Sud et de 39 personnels de soutien à la recherche. Les services généraux techniques comprennent notamment un atelier d'optique de précision, un bureau d'étude, un atelier de mécanique, un service de modélisation/calcul scientifique et une centrale de micro/nano technologie. Le groupe Optique XUV constitue un des huit groupes de recherche du laboratoire. Il dispose d'une salle blanche dédiée à ses activités ainsi que d'équipements à la pointe des technologies actuelles. Le laboratoire Charles Fabry (LCF) est un des laboratoires pionniers au niveau mondial en termes d'optiques interférentielles multicouche pour le domaine EUV. Il a notamment réalisé le premier télescope EUV embarqué dans un satellite (mission SOHO lancée en 1995) et a contribué aux missions STEREO (2006) et SOLAR ORBITER (lancement prévu en 2020). Il est aujourd'hui le seul laboratoire dans le monde à disposer du savoir-faire et des compétences requises pour réaliser un système optique complet dans le domaine spectral XUV, du polissage de grande précision aux revêtements multicouches innovants en passant par la métrologie et la modélisation associées. De plus, l'activité scientifique de notre groupe au cours de ces dernières années, notamment les avancées que nous avons obtenues en termes de nouvelles combinaisons de matériaux et de contrôle des interfaces à l'échelle sub-nanométrique, nous permet de nous situer parmi les 2 ou 3 laboratoires du monde qui produisent des composants optiques spécifiques et fonctionnels pour des applications très contraignantes telles que l'instrumentation pour l'astrophysique et la physique solaire.

Les objectifs de la thèse sont d'une part de déterminer expérimentalement les constantes optiques de plusieurs matériaux d'intérêt dans la gamme EUV et d'autre part de développer de nouveaux revêtements interférentiels efficace aux grandes longueurs d'ondes.

Master ou diplôme d'ingénieur en optique ou en sciences des matériaux.
Goût pour le travail expérimental, l'analyse de données et la modélisation.