Etats exitoniques dans des nanosfeuillets de perovskite // Exciton behavior in perovskite nanosheets

La recherche sur les nanofeuillets de perovskites a un fort impact potentiel à la fois dans la recherche de nouvelles sources de lumière quantique dont les propriétés peuvent être contrôlées par spintronique et pour des applications en optoélectronique où la compréhension du confinement des excitons dans Van-der Waals peut être la clé pour débloquer de nouveaux dispositifs. Le projet proposé permettra de réaliser les premières expériences sur l'effet d'un champ magnétique sur les propriétés optiques des systèmes de nanofeuillets de perovskites. L'interaction entre le spin et les propriétés optiques est très forte dans ces systèmes en raison de la combinaison originale des propriétés des semi-conducteurs hybrides et de la forte interaction spin-orbite. Nous prévoyons d'aborder le transport photonique et quantique sur des nanofeuilles monocristallines de perovskites hybrides organiques-inorganiques jusqu'à une monocouche où le confinement des excitons et le couplage spin-orbite peuvent être contrôlés dans de nouvelles hétérostructures de Van-der Waals. De plus, comme les matériaux perovskites présentent également un fort couplage entre leurs propriétés optiques et les champs magnétiques, nous explorerons également le pont potentiel entre l'optique quantique et la spintronique. La mise en œuvre réussie de ce projet permettra non seulement d'accroître les connaissances sur les propriétés optoélectroniques des perovskites hybrides, mais aura également un fort impact potentiel sur la recherche d'applications en optoélectronique et de nouveaux dispositifs de transport quantique. Ainsi, ce projet vise à comprendre l'effet du confinement sur les propriétés excitoniques et spintroniques des cristaux et hétérostructures de perovskite 2D par ingénierie interfaciale :

1) comprendre le comportement des excitons dans les nanofeuilles de perovskite. Le projet atteindra cet objectif en révélant la corrélation entre la dynamique des excitons/porteurs de charge et les caractéristiques de luminescence dans les perovskites atomiquement minces. En tirant parti de l'accordabilité des semi-conducteurs 2D dans les hétérostructures de Van-der Waals, la dépendance du processus de transfert de charge sur l'état interfacial des hétérostructures sera étudiée.

2) révéler le processus de génération et de recombinaison dépendant du spin. Les matériaux perovskites ayant montré un fort couplage entre leurs propriétés optiques et l'effet des champs magnétiques, nous explorerons le pont potentiel entre l'optique quantique et la spintronique.

3) explorer le potentiel des nanofeuilles de perovskite dans les dispositifs de transport quantique. Nous concevrons des dispositifs Van-der-Waals basés sur des nanofeuilles de perovskite pour réaliser un comportement excitonique contrôlable dans des matériaux 2D en ajustant électriquement la densité des porteurs. L'application potentielle de ces microarchitectures dans des sources de lumière quantique de nouvelle génération sera explorée.

4) explorer l'interaction spin-orbite élevée induite dans le graphène par couplage à un précurseur de perovskite proportionnel : PbI2. Le paramètre de réseau des perovskites halogénées n'est pas proportionnel à celui du graphène. En même temps, PbI2 (qui peut être réversible dans les perovskites halogénées) est proportionnel, ce qui améliorera le couplage spin-orbite. Nous fabriquerons des hétérostructures de graphène et de PbI2, afin d'induire un échange de spin entre le graphène et PbI2 et potentiellement conduire à de nouvelles phases topologiques.
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The research on nanosheet perovskites has a strong potential impact both in the search for new quantum light sources whose properties can be controlled spintronically and for applications in optoelectronics where the understanding of the exciton confinement in Van-der Waals can be key to unlocking new devices. The proposed project will allow to perform the first experiments on the effect of a magnetic field on the optical properties of nanosheet perovskite systems. The interaction between spin and optical properties is very strong in these systems due to the original combination of the properties of hybrid semiconductors and strong spin-orbit interaction. We plan to address the photonic and quantum transport on hybrid organic-inorganic perovskite single crystal nanosheets down to a monolayer where exciton confinement and spin orbit coupling can be controlled in new Van-der Waals heterostructures. Furthermore, as perovskite materials also show a strong coupling between their optical properties and magnetic fields, we will also explore the potential bridge between quantum optics and spintronics. The successful implementation of this project will not only increase the knowledge on optoelectronic properties of hybrid perovskites, but also have a strong potential impact on the search for the applications in optoelectronics and new quantum transport devices. So, this project aims to understand the effect of confinement on excitonic and spintronic properties of 2D perovskite crystals and heterostructures by interfacial engineering:

1) to understand the exciton behavior in perovskite nanosheets. The project will achieve this objective by revealing the correlation of exciton/charge carrier dynamics and luminescence characteristics in atomically thin perovskites. Taking the advantage of the tunability of 2D semiconductors in Van-der Waals heterostructures, the dependence of charge transfer process on the interfacial condition of heterostructures will be investigated.

2) to reveal spin-dependent generation and recombination process. As perovskite materials have shown a strong coupling between their optical properties and magnetic fields effect, we will explore the potential bridge between quantum optics and spintronics.

3) to explore the potential of perovskite nanosheets in quantum transport devices. We will design Van-der-Waals devices based on perovskite nanosheets to realize controllable exciton behavior in 2D materials by electrically tuning the carrier density. The potential application of those micro architectures in new generation quantum light sources will be explored.

4) to explore high spin orbit interaction induced in graphene by coupling to commensurate perovskite precursor: PbI2. Halide perovskites lattice parameter is not commensurate with that of graphene. Meanwhile, PbI2 (which can be reversible turn in halide-perovskites) is commensurate, which will enhance the spin orbit coupling. We will fabricate heterostructures of graphene and PbI2, in order to induce spin exchange between graphene and PbI2 and potentially lead to new topological phases.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://equipes2.lps.u-psud.fr/meso/

Programme CSC - UPSaclay*

Université Paris-Saclay GS Physique

564 Physique en Ile de France

Connaissance des bases de la physique du solide. Le stage de master a été réalisé de préférence dans un laboratoire expérimental.
Knowledge of the basics of solid state physics. Preferably, the master's internship was carried out in an experimental laboratory.