Contrat doctoral (H/F)

Sujet de thèse :
Titre: Nanodiamants quantiques avec centres colorés du groupe IV pour la détection en conditions extrêmes
Mots-clés : technologies quantiques, nanodiamants, centres colorés, synthèse CVD, matière, optique, physique des hautes pressions.
Description scientifique
Le diamant est un matériau remarquable pour de nombreuses applications technologiques. Sa structure cristalline compacte et régulière permet son utilisation dans des domaines variés, tels que les capteurs de particules et l’électronique de puissance [1]. Grâce aux récents progrès dans les techniques de synthèse du diamant, de nouvelles perspectives s’ouvrent pour des applications à l’échelle quantique, notamment en physique des hautes pressions et en biophysique. Cette thèse porte sur la synthèse de nanoparticules de diamant par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), intégrant des centres colorés du groupe IV (dits centres G4V, tels que les centres vacance-silicium (SiV), vacance-germanium (GeV), vacance-étain (SnV), etc.). Un centre G4V est un défaut ponctuel dans le réseau du diamant, constitué d’un atome du groupe IV (ex. : Si) et de deux lacunes adjacentes [2]. Ce défaut introduit des niveaux d’énergie dans la bande interdite du diamant, similaires à ceux d’un atome. Lorsqu’ils sont soumis à des perturbations extérieures (pression, température…), ces niveaux se déplacent, permettant au centre G4V d’agir comme capteur localisé de haute précision. Les centres G4V présentent une luminescence fortement concentrée dans la ligne de résonance (ZPL), représentant environ 80 % de l’émission totale, même à température ambiante, ce qui en fait d’excellents candidats comme sources de photons uniques. Du point de vue cristallographique, l’atome du groupe IV se positionne symétriquement entre deux lacunes, formant un complexe à symétrie d’inversion, garantissant une stabilité et des performances exceptionnelles sous des conditions extrêmes de température, de pression et de champ magnétique. Dans nos travaux récents, nous avons mis au point un protocole de synthèse de nanodiamants CVD contenant des centres SiV et GeV, et démontré leur première utilisation comme capteurs de pression et de contraintes [3, 4]. Ces résultats ouvrent de nombreuses pistes de recherche encore inexplorées, qui constitueront le cœur de cette thèse doctorale.
La thèse, au centre du projet NanoG4V, s’articule autour de trois objectifs principaux :

1. Synthétiser des nanodiamants CVD de haute qualité, de grade quantique, contenant des centres G4V émettant de manière stable et intense dans la ZPL, tout en étudiant l’environnement plasma (par simulations et expériences) afin de comprendre les mécanismes de formation des particules et d’incorporation des défauts.
2. Optimiser les propriétés optiques des nanodiamants G4V par des traitements originaux post-synthèse, avec des tests in situ réalisés au synchrotron SOLEIL pour améliorer leurs performances quantiques.

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