Mise en forme de faisceaux THz utilisant des metasurfaces reconfigurables // THz beam forming using reconfigurable metasurfaces

L'objectif global du projet est de développer des dispositifs rayonnants reconfigurables dans le domaine THz (0.1- 1 THz). Ces composants seront utilisés pour démontrer des concepts fondamentaux de type Integrated Sensing and Communications (ISAC) en forte émergence et portés par les perspectives d'applications en télécommunications (6G et +), localisation (« Sensing »), radars embarqués et imagerie champs proche (focusing).
Notre approche est basée sur la conception de surfaces rayonnantes reconfigurables en quasi temps réel pour la formation faisceau en champs lointain ou la réalisation de lentilles multifonctions.
Nous visons des meta-dispositifs de grande surface (20x lambda) à reconfiguration rapide intégrant des cellules unitaires à base des matériaux à changement de phase (PCM) - dioxyde de vanadium (VO2) ou tellurure de germanium GeTe, sur un substrat transparent. Les fonctionnalités spécifiques du composant rayonnant (beam forming, focalisation multi-spots et 3D) seront ainsi déterminées par le codage de phase des cellules unitaires sur 1- ou n-bits.
Le challenge, à ces fréquences THz, est l'intégration d'éléments agiles dans les cellules unitaires, qui sont limités par la faible efficacité et la consommation d'énergie élevée des dispositifs semi-conducteurs conventionnels, ainsi que par la limitation d'intégration imposée par les dimensions inférieures à la longueur d'onde des éléments rayonnants. Les matériaux à changement de phase offrent ainsi une alternative prometteuse, avec une intégration monolithique, une commutation rapide (~5-10 ns) et réversible entre les états isolants et métalliques et surtout un comportement électrique non-volatile de chaque état.
Les fonctionnalités de ces dispositifs dans le domaine THz seront ainsi modifiées grâce à une reconfiguration locale du codage des cellules par un champ optique incident. Cette irradiation laser transformera de manière réversible les matériaux PCM, entre leur état isolant/ transparent et leur phase métallique/ opaque.
La mise en œuvre de ce projet s'appuyer sur les compétences multidisciplinaires du laboratoire (équipes A&S, MINT, Photonique Fibre) pour le développement de ces concepts :
• conception et modélisation de surfaces rayonnantes large bande,
• caractérisation et intégration matériaux et réalisation technologique,
• instrumentation dans le domaine THz (scanners champs proche couplés à des analyseurs de réseau vectoriels ou des systèmes de génération optoélectronique -time-domain spectroscopy/ THz-TDS)
• démonstrateurs et traitement numérique associé.
L'intégration du système de caractérisation avec la reconfiguration optique quasi temps réel constituera également un challenge important dans le domaine de l'instrumentation THz.
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The overall objective of the project is to develop reconfigurable radiating devices in the THz band (0.1–1 THz). These components will be used to demonstrate fundamental concepts such as Integrated Sensing and Communications (ISAC), a rapidly emerging field driven by the prospects for applications in telecommunications (6G and beyond), positioning (‘Sensing'), on-board radar and near-field imaging (focusing).
Our approach is based on the design of radiating surfaces that can be reconfigured almost in real time for far-field beamforming or the creation of multifunctional lenses.
We are targeting large-area (20 ) rapid reconfigurable meta-devices incorporating unit cells based on phase-change materials (PCMs) – vanadium dioxide (VO₂) or germanium telluride (GeTe) – on a transparent substrate. The specific functionalities of the radiating element (beamforming, multi-spot and 3D focusing) will thus be determined by the phase encoding of the unit cells over 1- or n-bits.
The challenge at these THz frequencies lies in integrating agile elements into the unit cells, which are constrained by the low efficiency and high power consumption of conventional semiconductor devices, as well as by the integration limitations imposed by the dimensions of the radiating elements being smaller than the wavelength. Phase-change materials thus offer a promising alternative, with monolithic integration, fast (~5–10 ns) and reversible switching between insulating and metallic states, and, above all, non-volatile electrical behaviour in each state.
The functionality of these devices in the THz range will thus be modified through local reconfiguration of the cell coding by an incident optical field. This laser irradiation will reversibly transform the PCM materials between their insulating/transparent state and their metallic/opaque phase.
The implementation of this project will draw on the laboratory's multidisciplinary expertise (A&S, MINT and Fibre Photonics teams) to develop the following concepts:
• design and modelling of broadband radiating surfaces,
• characterization and integration of materials and technological implementation,
• instrumentation in the THz domain (near-field scanners coupled with vector network analysers or optoelectronic generation systems – time-domain spectroscopy/THz-TDS)
• demonstrators and associated digital processing.
The implementation of a THz characterization system with quasi real-time optical reconfiguration will also present a significant challenge in the field of THz instrumentation.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université de Limoges

653 Sciences et Ingénierie

La personne recrutée sera de préférence titulaire d'un Bac+5 (master M2 ou ingénieur) en physique avec une spécialisation en électromagnétisme, électronique haute fréquence et/ou photonique. Des connaissances sur les matériaux fonctionnels ainsi que des technologies de microfabrication, seraient appréciées. Un bon niveau d'anglais écrit et parlé est requis.
The successful candidate will preferably hold a Master's degree (M2 or engineering) in physics, specializing in electromagnetism, high-frequency electronics and/or photonics. Knowledge of functional materials and microfabrication technologies would be an advantage. A good level of written and spoken English is required.