Simulations électromagnétiques de métasurfaces photoluminescentes

Les métasurfaces présentent une capacité remarquable à contrôler la phase, la direction et la polarisation des ondes électromagnétiques [1]. Les méthodes de fabrication top-down permettent aujourd’hui de produire des métasurfaces structurées à l’échelle sub-longueur d’onde, offrant un contrôle précis des propriétés photoniques. Cependant, ces techniques sont coûteuses et limitées à des surfaces de petite taille. À l’inverse, les approches de fabrication bottom-up permettent de produire des structures de grande surface à moindre coût, mais conduisent généralement à des organisations désordonnées.

L’objectif de cette thèse est d’explorer des métasurfaces photoluminescentes [2] au sein de l’équipe ELENA (Electromagnétisme et Nanophotonique) de l’Institut Pascal. Ces métasurfaces sont développées selon une approche innovante de type bottom-up, combinant des nanoparticules plasmoniques désordonnées organisées selon un motif périodique, ouvrant la voie à de nouvelles architectures. Leurs propriétés électromagnétiques seront simulées à l’Institut Pascal [3–4], tandis que les structures fabriquées et seront caractérisées optiquement à l’ Institut de Chimie de Clermont-Ferrand.

Le ou la doctorant(e) travaillera en étroite collaboration avec l’équipe afin de simuler les propriétés émissives  dans ces structures, de guider les développements expérimentaux et de contribuer à la compréhension des mécanismes à l’origine de l’amélioration des performances. Ce projet présente un fort potentiel applicatif. Nous recherchons un(e) candidat(e) motivé(e), désireux(se) de développer des compétences en méthodes numériques. Une expérience préalable avec des méthodes numériques telles que RCWA, FDFD ou la méthode aux éléments finis est appréciée, mais les candidat(e)s motivé(e)s souhaitant acquérir ces compétences dans un environnement collaboratif sont vivement encouragé(e)s à postuler.

Références :

[1] A. Vaskin, R. Kolkowski, A. F. Koenderink, I. Staude, Light-emitting metasurfaces, Nanophotonics 8, 1151 (2019).

[2] M. Khaywah, et al. Large and Versatile Plasmonic Enhancement of Photoluminescence Using Colloidal Metallic Nanocubes. The Journal of Physical Chemistry C, 125 (14), 7780 (2021).

[3] E. Centeno, V. Kalt, R. Smaali, A. Moreau, Disorder-induced effects on spontaneous emission from quasibound states in the continuum in regular and dimer gratings. Physical Review B, vol. 112 (13), 134202 (2025).

[4]      E. Centeno, et. al., Enhanced Spontaneous Light Emission of ZnO Nanowire-Based Gratings. ACS Applied Optical Materials, vol. 2(5), 725 (2024).

Placé sous la tutelle de l’Université Clermont Auvergne et du CNRS , l'Institut Pascal est un laboratoire de recherche interdisciplinaire s'inscrivant dans les domaines stratégiques des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes : Génie des Procédés, Mécanique, Robotique, Physique des Sciences de l'Information, Santé. Le CHU de Clermont-Ferrand est tutelle secondaire de l'unité. L'Institut Pascal est membre de Clermont Auvergne INP, qui regroupe trois écoles d'ingénieurs ISIMA, POLYTECH Clermont et SIGMA Clermont.

L'Institut Pascal développe des systèmes innovants et intelligents par une approche intégrative systémique et multi-échelle, s'appuyant sur des champs scientifiques identifiés : électromagnétisme, fiabilité, génie des procédés et des bioprocédés, génie civil, imagerie, matériaux, mécanique, microsystèmes, nanophysique, perception, photonique, robotique, séparation et fonctionnalisation de biomolécules, technologies interventionnelles et diagnostiques médicales.

L’Institut Pascal est composé de 5 Axes de recherche :
•    Génie des Procédés, Energétique et Biosystèmes (GePEB) : Réacteurs et bioréacteurs, Photoprocédés, Bioénergies, Ecosystèmes clos artificiels, Bioraffineries.
•    Image, Systèmes de Perception, Robotique (ISPR) : Image, Perception artificielle, Commande pour la robotique.
•    Mécanique, Génie Mécanique, Génie Civil, Génie Industriel (M3G)  : Mécanique, Matériaux, Structure, Machines.
•    Photonique, Ondes, Nanomatériaux (PHOTON) : MicroSystèmes, Nanosciences, Nanostructures, Photonique, Compatibilité Electromagnétique.
•    Thérapies Guidées par l’Image (TGI) : Guidage par l’Image (pelvis, abdomen, cerveau), Techniques endovasculaires, Endoscopie et Vision par ordinateur, Analyse d’impact.  

Description du poste :
Intégré(e) à l’équipe « Électromagnétisme et nanophotonique » de l’Institut Pascal, vous mettrez à profit votre expertise en modélisation et simulation électromagnétique. Vous serez amené(e) à :
• Développer des modèles électromagnétiques et des outils numériques pour le calcul des propriétés radiatives de métasurfaces
• Réaliser des simulations électromagnétiques en vue de la conception de métasurfaces photoluminescentes innovantes
• Collaborer dans un contexte interdisciplinaire avec une équipe expérimentale

Compétences requises :
• Expertise en simulation électromagnétique et en développement de codes numériques
• Aisance dans le traitement de données expérimentales
• Programmation en Matlab et Python
• Capacité à rédiger des documents techniques