Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
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Propositions de Stages, Thèses et Post-docs
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Propositions de Stages

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Voici la liste des propositions de stages. Vous pouvez aussi consulter la liste des stages en cours et des stages passés.

Puce Post-doctorats


  • Multiphysics Characterizations and Modelings for Cavity Nanooptomechanics and Nanoswimmers

  • Contact : G. Hwang , R. Braive
    Groupe : Nanotechnologie et Dispositifs Microfluidiques (NANOFLU)
                Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
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    CNRS (National Center for Scientific Research, France) invites applications for a post-doctoral researcher in micro/nanorobotic manipulations to work with Rémy Braive and Gilgueng Hwang in CNRS-LPN (Laboratory for Photonics and Nanostructures). Research will involve developing, implementing, and evaluating micro/nanorobotic manipulation systems under scanning electron microscope for characterizing electro/opto/mechanical properties of our nanomembranes and nanohelices. Candidates should have a PhD in mechanical engineering or physics related area. We are especially interested in candidates with hands on experience with micro/nanoromanipulations, electron microscopy, finite element simulations, or force sensing. For more details, http://www.lpn.cnrs.fr/fr/NANOFLU/NANOROBUST/index.php

  • Dynamic DNA nanotechnology within microfluidic devices (Post-Doc)

  • Contact : A. Estevez-Torres , J.-C. Galas
    Groupe : Nanotechnologie et Dispositifs Microfluidiques (NANOFLU)
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    Living cells process information and make decisions relying on chemical reaction networks that are out of thermodynamic equilibrium. Our objective is to study engineered, time-responsive networks outside of cells, in particular synthetic oscillators, using microfluidics. This research seeks to changing the paradigm in molecular computing and providing tools for building time-responsive materials. We engineer networks using a molecular toolbox reliying on short DNA strands and 3 enzymes and we design microfluidic reactors for studying the dynamics of such networks. Depending on the interests of the candidate, different topics may be explored: stochasticity effects in small volumes, behavior in an open reactor, or emergence of spatial patterns. See our project webpage for further information.

  • Nano-optomécanique intégrable

  • Contact : I. Robert-Philip
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    In the context of the EU-funded Marie Curie training network cQOM (“Cavity Quantum Optomechanics"), we have a vacancy for a post-doc. The objective of the project is to develop novel compact optomechanical nano-resonators, based on photonic crystals slab resonators, and demonstrate the feasibility of classical applications (such as microwave oscillators) of the coupling of light to localized mechanical vibrations. This multifaceted project involves nanofabrication in the laboratory clean rooms, laser physics, nanophotonics, optics and cryogenics, as well as numerical simulation of the resonators and thus allows acquiring a broad knowledge in several fields and of many experimental techniques.

  • Etude et optimisation d’une source à cavité verticale à émission par la surface émettant dans l’ultra-violet (~λ 300 nm)

  • Contact : J. Leymarie , P. Disseix , S. Bouchoule
    Groupe : Disposistifs Photoniques (PHODEV)
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    Contexte: La recherche sur les diodes laser émettant dans l'ultra-violet (~λ ~300nm) à base de matériaux semiconducteurs nitrurés (III-N) est très active au niveau international. Ces diodes laser sont des alternatives compactes, potentiellement à bas-coût, et plus stables que les lampes UV actuelles, et les domaines d'applications sont multiples : spectroscopie, imagerie, lithographie, purification, … Une configuration laser particulièrement intéressante correspond à l'émission par la surface, de type VCSEL (vertical microcavity surface emitting semiconductor laser). Cette dernière décennie, des premiers VCSELs ont été démontrés dans le domaine ultra-violet vers 400 nm. L'extension aux plus basses longueurs d'ondes, vers 300 nm, reste un défi majeur au plan des matériaux, et de la réalisation de la cavité laser. Dans ce contexte, l’Opération Spectroscopie des Solides de l'Institut Pascal (Clermont-Ferrand), le LPN-CNRS (Marcoussis), et l'UMI Georgia-Tech (Metz) sont impliqués dans un projet de recherche visant à concevoir et réaliser un laser à semiconducteur à émission par la surface, émettant dans le domaine UV (~λ < 340nm). Les partenaires recherchent une personne titulaire d'un doctorat en vue d'un contrat post-doctoral à durée déterminée. Le(la) candidat(e) retenu(e) travaillera principalement à l’Institut Pascal à Clermont-Ferrand mais effectuera aussi des missions longues (une ou deux semaines) au LPN à Marcoussis. Il(elle) contribuera principalement à l'optimisation du matériau actif au travers de caractérisations optiques, à la conception de la cavité laser, et aux premiers test laser sous pompage optique.
    Durée : 18 mois. Date démarrage : Fev. -Mars 2014
    * Telechargez l'annonce: UV Source (offre post-doc)

  • Etude de la dynamique des interactions moléculaires par application d’une perturbation thermique et collecte de la fluorescence intrinsèque des protéines

  • Contact : C. Gosse
    Groupe : Nanotechnologie et Dispositifs Microfluidiques (NANOFLU)
    En savoir plus
    Considérons un système réactif très simple constitué d’une macromolécule biologique et d’un ligand. Ce système du type A + B = C se caractérise par une constante d’équilibre K mais aussi par les deux constantes de vitesse, d’association k+ et de dissociation k-. Il apparaît en fait que le temps de résidence d’un médicament sur sa cible est dans certains cas à prendre autant en compte que l’affinité. * Afin d’avoir accès à la dynamique chimique, le système réactif est mis hors-équilibre par application d’une modulation de la température T à la pulsation w. Les constantes k+ et k- dépendant de T, les concentrations en espèces se mettent à osciller. En faisant varier w et en mesurant l’intensité des réponses en concentration, pour la première et la seconde harmonique, nous avons prouvé qu’il était possible de certifier le mécanisme réactionnel et de remonter aux grandeurs thermocinétiques (K, k+, k- mais aussi enthalpie, énergie d’activation) [Gosse2011,Lemarchand2012]. D’un point de vue pratique, pour moduler la température du mélange à analyser nous utilisons une plaque chauffante microfabriquée dans une puce fluidique. Les concentrations en molécules sont mesurées en épifluorescence. Plusieurs démonstration de principe ont ainsi été effectuées sur des oligonucléotides conjuqués à des fluorophores [Zrelli2010,Zrelli2011]. * Nous souhaitons aujourd’hui étendre notre champ d’investigation aux protéines, en utilisant notamment leur fluorescence intrinséque. Cette absence de marquage est en effet souhaitable pour des applications en criblage pharmaceutique et en biodétection. * Le post-doc utilisera le banc d’expérience du LPN pour évaluer deux systèmes tests : l’un sera constitué d’un modèle de toxine et de colorants s’y liant, l’autre d’une cible thérapeutique et d’un de ses ligands de référence. Le travail mettra en jeu des connaissances en photophysique et en thermocinétique chimique. Eventuellement un peu d’instrumentation et quelques caractérisations microfluidique seront à réaliser. * Ce stage sera effectué en collaboration avec Annie Lemarchand du Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée à l’Université Pierre et Marie Curie et Ludovic Jullien du Département de Chimie de l’Ecole Normale Supérieure. * Poste d'1 an avec possibilité de transformation en emploi industriel.
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Puce Thèses


  • Biodétection optique sur puce: intégration de nanostructures plasmoniques dans des dispositifs micro/nanofluidiques

  • Contact : S. Collin , A.-M. Haghiri-Gosnet
    Groupe : Nanotechnologie et Dispositifs Microfluidiques (NANOFLU)
                Micro et Nano Optique (MINAO)
    En savoir plus
    Détecter des biomolécules à l’état de traces, c’est-à-dire à des concentrations inférieures au pico-molaire, dans des solutions biologiques complexes est l’un des enjeux des biopuces. Les capteurs bases sur la résonance à plasmons de surface localisés (LSPR) permettent une détection sans marquage préalable de la biomolécule cible de haute sensibilité grâce au confinement du champ électromagnétique. Ces dernières années, nous avons développé un savoir-faire aussi bien théorique qu’expérimental, qui a permis de proposer des nanostructures originales. Ces réseaux de nanoantennes sont obtenus par nanoimpression dite " douce " assistée au UV, qui permet des réplications de haute résolution sur de grandes surfaces à bas coût. Le biocapteur LSPR, qui intègre ces nanocavités plasmoniques à très faibles volumes de détection, présente une absorption quasi-parfaite (>90%) avec un haut facteur de qualité pour le mode de 2ème ordre. Nous avons ainsi obtenu une sensibilité record en indice de réfraction de 405 nm/RIU (figure de mérite >21). Nous souhaitons maintenant intégrer ce capteur de très haute sensibilité dans des dispositifs fluidiques pour des études de détection en temps réel de solutions biologiques complexes. Au cours du stage M2R, l’étudiant développera de nouvelles structures plasmoniques qu’il intègrera dans des dispositifs micro/nanofluidiques avec des chambres réduites en volume. Des simulations seront menées pour prédire les meilleures géométries des nanocavités et des canaux fluidiques. Développer des outils optofluidiques pour la détection de biomarqueurs spécifiques très faiblement concentrés est donc l’objectif majeur de ce projet. Références: [1] A. Cattoni, P. Ghenuche, A-M. Haghiri-Gosnet, D. Decanini, J. Chen, J-L. Pelouard, S. Collin, Nano Letters, 11 (2011) 3557–3563 Ce stage peut déboucher sur une thèse (financement CIFRE en cours de demande)

  • Comprendre les réseaux de réactions entre biomolécules grâce aux techniques perturbatives

  • Contact : C. Gosse
    Groupe : Nanotechnologie et Dispositifs Microfluidiques (NANOFLU)
    En savoir plus
    Les candidatures libres pour une thèse commençant en octobre 2014 sont les bienvenues. Des stages sont aussi possibles à partir de janvier 2014. Envoyez votre CV à charlie.gosse@lpn.cnrs.fr

  • Ultra-low noise and power consumption HEMTs for very low temperature readout electronics for futures space missions

  • Contact : Y. Jin
    Groupe : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)
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    In the field of the low-temperature electronics, after many years of investigation of mesoscopic devices and fully ballistic one-dimensional field-effect transistors, the CNRS/LPN is now capable to realize ultra-low noise HEMTs working at low frequencies and very low temperatures ≤ 4.2K. For example, for a HEMT with an input capacitance of 92 pF and a power consumption of 100 µW, we have obtained an equivalent input noise voltage of 6 nV/√Hz @ 1 Hz and an extremely low noise current of only 20 aA/√Hz @ 1 Hz, and a white noise voltage as low as 0.2 nV/√Hz, these transistors made in LPN have been selected for the ionization readout electronics in the SuperCDMS (Super Cryogenic Dark Matter Search) experience and the CNRS/LPN becomes one member of the SuperCDMS experience (see http://cdms.berkeley.edu/cdms_collab.html ). HEMTs developed at LPN have demonstrated an unprecedented low noise current level under very low temperature conditions (see http://www.lpn.cnrs.fr/en/PHYNANO/NanoFET.php ), this opens a new horizon for readout electronics of many high impedance detectors under extremely low temperature conditions, in particular, for space missions. For example, in the domain of the Far Infrared, new large detector arrays are currently developed in the FOCUS LabEx framework, with the aim of achieving sensitivities below 10^-18 W/√Hz @ 1 Hz. One of the key points of this development is the front-end electronics to be operated below 100 mK. Signal impedance adaptation and multiplexing are the two essential functions needed at this stage. The HEMTs developed at LPN seem to be the unique way to ensure these functions. The performances achieved at 4 K must be however extended to a temperature lower than 100 mK and power consumption down to the range of nW in order to demonstrate the final detector performance. Research training in this proposal is flexible according to the candidate’s interest. It comprises different aspects from the material, device fabrication and characterization to the theoretical understanding. Molecular beam epitaxy and electron beam lithography will be used to realize HEMTs with different AlGaAs/GaAs heterostructures and gate configurations. Electrical and noise characterizations under deep cryogenic conditions will be an important part of this training. Then, noise performance for different HEMTs will be analyzed and compared in terms of the 1/f noise and white noise by taking into account different parameters for space mission requirement, i.e., a power consumption of nW under few tens of mK conditions and an input capacitance of about pF. Finally, the achievable lowest noise limit for each kind of HEMTs will be evaluated in-depth. This investigation will contribute to different very low temperature readout electronics for space missions in collaboration with different teams at IRFU CEA-Saclay.
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Puce Stages

Master 2


  • Détection rapide d’agents pathogènes: dispositifs nanofluidiques à préconcentration selective (Master)

  • Niveau : Master2
    Contact : A.-M. Haghiri-Gosnet
    Groupe : Nanotechnologie et Dispositifs Microfluidiques (NANOFLU)
    En savoir plus
    Détecter des biomolécules à l’état de traces, c’est-à-dire à des concentrations inférieures au pico-molaire, est l’un des objectifs actuels des puces à immuno-détection. Les dispositifs nanofluidiques apparaissent aujourd’hui comme une voie prometteuse pour simultanément pré-concentrer et détecter des agents pathogènes du biorisque. Au LPN, des travaux récents sur le transport sélectif au travers de nanofentes ont montré qu’il est possible de préconcentrer des biomolécules d’un facteur 1000. Notre groupe a développé un savoir-faire à la fois théorique et expérimental sur les mécanismes d’électro-préconcentration dans des puces en verre. Nous savons aujourd’hui piloter la préconcentration pour localiser la protéine fortement diluée dans le réservoir en amont de la nanofente. Nous souhaitons maintenant implémenter ce démonstrateur dans une biopuce intégrée. Ce stage développera des dispositifs nanofluidiques innovants pour la multi-détection d’agents pathogènes (en collaboration avec la DGA). Pour moduler la charge de surface volumique, différentes géométries du nanofiltre seront étudiées: (1) intégration d’une électrode polarisable et (2) intégration de nanopores obtenus par lithographie 3D. Des simulations permettront d’étudier le transport électrocinétique dans ces différentes nanostructures. Références: [1] A. Plecis, C. Nanteuil, A-M. Haghiri-Gosnet, Y. Chen, Anal. Chem. 80, (2008) 9542, [2] A. Plecis, A. Pallandre, A-M. Haghiri-Gosnet, Lab Chip, 11 (2011) 785-804. Ce stage peut déboucher sur une thèse (financement DGA possible – demande en Janvier 2013)

  • Biodétection optique sur puce: intégration de nanostructures plasmoniques dans des dispositifs micro/nanofluidiques (Master)

  • Niveau : Master2
    Contact : S. Collin , A.-M. Haghiri-Gosnet
    Groupe : Nanotechnologie et Dispositifs Microfluidiques (NANOFLU)
                Micro et Nano Optique (MINAO)
    En savoir plus
    Détecter des biomolécules à l’état de traces, c’est-à-dire à des concentrations inférieures au pico-molaire, dans des solutions biologiques complexes est l’un des enjeux des biopuces. Les capteurs bases sur la résonance à plasmons de surface localisés (LSPR) permettent une détection sans marquage préalable de la biomolécule cible de haute sensibilité grâce au confinement du champ électromagnétique. Ces dernières années, nous avons développé un savoir-faire aussi bien théorique qu’expérimental, qui a permis de proposer des nanostructures originales. Ces réseaux de nanoantennes sont obtenus par nanoimpression dite « douce » assistée au UV, qui permet des réplications de haute résolution sur de grandes surfaces à bas coût. Le biocapteur LSPR, qui intègre ces nanocavités plasmoniques à très faibles volumes de détection, présente une absorption quasi-parfaite (>90%) avec un haut facteur de qualité pour le mode de 2ème ordre. Nous avons ainsi obtenu une sensibilité record en indice de réfraction de 405 nm/RIU (figure de mérite >21). Nous souhaitons maintenant intégrer ce capteur de très haute sensibilité dans des dispositifs fluidiques pour des études de détection en temps réel de solutions biologiques complexes. Au cours du stage M2R, l’étudiant développera de nouvelles structures plasmoniques qu’il intègrera dans des dispositifs micro/nanofluidiques avec des chambres réduites en volume. Des simulations seront menées pour prédire les meilleures géométries des nanocavités et des canaux fluidiques. Développer des outils optofluidiques pour la détection de biomarqueurs spécifiques très faiblement concentrés est donc l’objectif majeur de ce projet. Références: [1] A. Cattoni, P. Ghenuche, A-M. Haghiri-Gosnet, D. Decanini, J. Chen, J-L. Pelouard, S. Collin, Nano Letters, 11 (2011) 3557–3563 Ce stage peut déboucher sur une thèse (financement CIFRE en cours de demande)

  • Toward controlled swimming of artificial bacteria based on helical nanobelts for microfluidic applications

  • Niveau : Master2
    Contact : G. Hwang
    Groupe : Nanotechnologie et Dispositifs Microfluidiques (NANOFLU)
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    Swimming micro/nano agents at low Reynolds number could open new biomanipulation tools for biomedical applications. However it is challenging due to the increased viscosity of liquid. To propose controlled nanoswimmers which can overcome this low Reynolds dynamics, the study of biomimetic nanoswimmers based on InGaAs/GaAs helical nanobelts (HNBs) was initiated in April 2009. We fabricated and more recently achieved controlled nanohelices swimming in the liquid using both electro-osmotic and electromagnetic force. Concerning the swimming performance, the HNBs could swim in the velocity of 24 times of their body lengths per second which even surfasses the performance of nature's bacteria propulsion (e. g. E. coli bacteria 5-10 times of body length per second). The high-speed camera analyses at the the frame rate of 342 fps further revealed the discontinuous swimming propulsion. It implies that passive motions such as compression and rotation of HNBs can reduce viscous drag during their swimming. It is also proved that surface coating of HNBs could enhance the swimming performances by improving hydrodynamic interaction. External electromagnetic field could enhance their manueverability by adding active rotation and/or oscillation. This particularly interesting result opens the way for a variety applications which require fast swimming performance at low Reynolds number liquid medium. From our experiences, experiments under open channels pose difficulties of their swimming performance characterizations due to the non-controlled environmental parameters. The controlled environment with the channel surface should be incorporated to observe and characterize the HNB swimming propulsions. The subject of this stage is the study of the swimming performances in microfluidic chamber with electromagnetic field. This approach should allow us to control the environment and simulate the swimming propulsion through blood vessels in vivo biomedical applications. This approach requires much technological steps especially in particular the use of soft lithography to define microfluidic channels with different geometries. Different geometries and designs of microfluidic chips will be fabricated to study the swimming behaviors of HNBs through the closed channels. Then the optimal (minimized the surface effect) dimension of the microfluidic chanels for HNBs will be applied to characterize the pure hydrodynamic contribution by active oscillations and/or rotations. We eventually intend to develope microfluidic chips consisting of single or multiple HNBs as nanoswimmers for the remotely controlled biomanipulation tools. For more details, http://www.lpn.cnrs.fr/fr/NANOFLU/Nomad.php

  • Ultra-low noise cryogenic Field-Effect Transistors

  • Niveau : Master2
    Contact : Y. Jin
    Groupe : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)
    En savoir plus
    It is well known that most ultra-sensitive detectors such as for searching dark-matter operate at tens of mK in order to reduce their thermal noise – the fundamental noise which can only be decreased by lowering the operating temperature. Since decades, low-frequency and high impedance readout electronics are essentially based on Si JFETs with a noise benchmark of about 1nV/√Hz at 1kHz. However, due to the charge freeze-out, Si JFETs cannot operate below 100K. The use of these JFETs for amplifying signals from detectors requires thus a long cable. The cable capacitance slows the readout rate, and in addition the potential microphonic noise degrades the signals’ quality. To overcome the lack of high performance FETs (Field-Effect Transistors) for high impedance, low-power and low-frequency deep cryogenic readout electronics and to meet the needs of various experiments from space electronics to low-temperature STM, a long-term investigation was conducted at the LPN and significant progress has been realized. Research training of this proposal is flexible according to the candidate’s interest. It comprises different aspects from the material, device fabrication and characterization to the theoretical understanding. Molecular beam epitaxy and electron beam lithography will be used to realize HEMTs with different AlGaAs/GaAs heterostructures and gate configurations. Electrical and noise characterizations will be performed under cryogenic conditions. Then, noise performance for different HEMTs will be analyzed and compared in terms of the 1/f noise and white noise by taking into account different experimental parameters. Finally, the achievable lowest noise limit for each kind of HEMTs will be evaluated in-depth. This investigation will contribute to SuperCDMS project, in close collaboration with teams at Berkeley University and SLAC Stanford University, for realizing the deep cryogenic readout electronics to detect dark-matter or WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles).

  • Évenements et ondes extrêmes dans des lasers à semiconducteurs

  • Niveau : Master2
    Contact : S. Barbay
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Le but de ce stage est de d'étudier la formation des événements et des ondes extrêmes dans des lasers à semiconducteur. Un événement extrême en optique est défini comme une impulsion lumineuse de grande amplitude dont la distribution ne suit pas une loi normale. L'étude des événements et des ondes extrêmes en optique a été motivée par l'analogie avec les vagues extrêmes que l'on retrouve en hydrodynamique, et qui ont été récemment observées dans les océans. En effet, ces deux systèmes peuvent être décrits dans certaines limites par la même équation qui est une équation de Schroedinger non-linéaire. Les conditions nécessaires à l'apparition de tels phénomènes ne sont pas encore bien comprises et les études en optique visent à essayer de les préciser. Les systèmes étudiés sont des lasers à semiconducteurs en cavité planaire et des micropiliers lasers couplés. Le travail consiste en l'étude expérimentale de ces systèmes et contient un volet important de traitement et d'analyse de données. Le traitement de données se fait principalement avec le langage Python. Le stage permet d'acquérir des compétence en physique des lasers, physique non-linéaire, méthodes expérimentales en optique, langage Python, systèmes de détection rapides et analyse statistique des événements rares. Le projet se fait en collaboration avec d'autres équipes françaises dans le cadre d'un projet de l'Agence Nationale de la Recherche

  • Réponse de type neuronale et photonique non-linéaire dans des micropiliers laser couplés

  • Niveau : Master2
    Contact : S. Barbay
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Le but du stage est d'étudier des micropiliers lasers non-linéaires couplés. L'excitabilité est une réponse générique de type tout-ou-rien présente dans certains systèmes non-linéaires sous l'influence de perturbations. Cette propriété se retrouve dans de multiples systèmes et notamment dans les neurones, sous forme d'impulsions électriques responsables du transport de l'influx nerveux. Cela a motivé un nouveau champ d'étude apparu récemment qui essaie de créer des architectures de traitement de l'information novatrices basées sur la mise en réseau d'un grand nombre de cellules élémentaires excitables, dans le domaine électrique (memristors) ou optique (lasers). Les micropiliers lasers sont des microlasers à semiconducteurs à absorbant saturable intégré conçus et fabriqués au laboratoire dans la salle blanche du LPN. Plusieurs projets sont en cours d'étude dans ces systèmes : d'une part l'étude de la propagation d'ondes non-linéaires dans des chaînes de micropiliers couplés ; d'autre part la réalisation de portes logiques optiques excitables. Le travail comporte plusieurs volets : nano-fabrication, étude expérimentale et modélisation. Le candidat pourra s'impliquer dans un ou plusieurs aspects au choix. Le stagiaire pourra acquérir des compétences en optique expérimentale, lasers, détection rapide et en techniques standards de salle blanche et de nano-fabrication : gravure, lithographie, microscopie électronique, etc...

  • Emetteurs GaN pour l’imagerie biologique : réalisation de substrats actifs à base de GaN/InGaN pour l’excitation localisée de biomolécules

  • Niveau : Master2
    Contact : A. Giacomotti
    Groupe : Photonique Nonlineaire et Information Quantique (PHOTONIQ)
    En savoir plus
    L’objectif de ce travail est la réalisation et l’étude de substrats actifs nano-structurés à base de nitrure de gallium (GaN/InGaN) pour l’excitation localisée de biomolécules, notamment la protéine fluorescente verte (GFP- Green fluorescent protein). La GFP est couramment utilisée en tant que marqueur en microscopie de fluorescence, l’une des principales techniques d’imagerie biologique.
    L’intégration de nano-émetteurs localisés en surface d’un substrat, combinée à la nanostructuration du matériau pour le confinement spatial de l’émission, permet d'exalter localement l'excitation des marqueurs fluorescents, et améliorerait ainsi la résolution spatiale de la technique d’imagerie. Les structures envisagées sont de type « cristal photonique » opérant à des longueur d’onde dans la gamme du visible (λ~450 nm). Des réseaux périodiques de trous (diamètre ~60 nm, période ~110 nm) en couche mince de GaN/InGaN sur substrat transparent dans le visible seront ainsi réalisés.
    Le travail de stage comprendra un volet fabrication et caractérisation des structures par microscopie électronique de balayage d’une part, et d’autre part leur étude optique par micro-photoluminescence (µ-PL). Ce stage s'insère dans une collaboration entre le CRHEA (conception et réalisation des structures épitaxiales), et le LPN (conception, fabrication des cristaux photoniques, études optiques). Il se déroule dans le cadre du Labex GANEX. Les substrats actifs réalisés seront testés sur des bancs de microscopie de fluorescence avec des partenaires biologistes et biophysiciens (M. Coppey, Institut Jacques Monod ; E. Gratton, Laboratory for Fluorescence Dynamics, University of California, Irvine ; L. Estrada, Quantum Electronics Lab, University of Buenos Aires). Possibilité de poursuivre en thèse.
    Démarrage de stage souhaité : Mars/Avril 2013. Durée de stage souhaitée : 4 à 6 mois. Contact : A. Giacomotti. Autres collaborateurs : S. Bouchoule (LPN), A. Cattoni (LPN) - B. Damilano (CRHEA), F. Semond (CRHEA).

  • Vers un amplificateur optique à semi-conducteur intégré sur Silicium

  • Niveau : Master2
    Contact : A. Talneau , I. Sagnes , G. Patriarche
    Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
                Elaboration et Physique des Structures Epitaxiées (ELPHYSE)
    En savoir plus
    Le futur de l’optique intégrée passe par l’intégration sur Silicium, pas seulement comme plate-forme d’intégration où les différents composants individuels sont reportés, mais aussi pour mettre à profit les très bonnes performances des guides en silicium sur SiO2 – SoI – aux longueurs d’onde télécom. Les modes supportés par ces guides de fort indice sont très confinés. On peut donc construire des architectures de circuits intégrés photoniques –CIP– ultra compactes. Par ailleurs, la fonction d’amplification est nécessaire dans un CIP car il faut compenser l’ensemble des pertes de couplage/propagation. Les matériaux semi-conducteurs III-V à base de Phosphure d’Indium ont de très bonnes propriétés d’émission/amplification dans le domaine spectral 1.55µm. Dans le cadre de ce stage, nous proposons d’étudier deux des étapes conduisant à la réalisation d’un amplificateur optique intégré fonctionnant dans le domaine de longueur d’onde 1.55µm, obtenu par intégration hybride de matériau III-V sur Si. Une des étapes concerne la conception du guide optique supportant le mode amplifié, qui se trouve étendu sur les deux matériaux III-V et Si. L’autre étape que nous proposons d’étudier concerne la technologie du collage moléculaire par laquelle les deux matériaux III-V et Si se retrouvent en contact sans couche intermédiaire et sans dégradation de leur qualité cristalline, ce qui permet à un supermode de s’étendre sans pertes dans les deux matériaux. Il est important d’étudier ces deux étapes simultanément car la conception du guide sera dépendante des résultats obtenus pour le collage.Le Laboratoire dispose des outils de simulation pour calculer les paramètres du guide, et a une expérience reconnue sur le collage moléculaire [1], ainsi que sur l’injection électrique dans les dispositifs III-V [2]. Une thèse est proposée à la suite de ce stage, pour concevoir et réaliser un amplificateur à gain bloqué, le blocage du gain étant obtenu en faisant laser la structure. La technologie de fabrication de l’amplificateur à gain bloqué fera partie de la thèse. [1] G.Patriarche et al., J. Appl. Phys. 82,4892 [2] A.Talneau et al., Appl. Phys. Lett., 85, 1913

  • Spintronique à l’échelle atomique : contrôler un spin unique par STM

  • Niveau : Master2
    Contact : G. Rodary , J.-C. Girard
    Groupe : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)
    En savoir plus
    Depuis l’émergence de la spintronique, la taille des composants n’a cessé de décroître pour atteindre aujourd’hui la limite de la nanolithographie, soit quelques nanomètres. Dans le même temps, il est devenu crucial de connaître et de contrôler à l’échelle atomique les impuretés et interfaces qui influencent localement les fonctionnalités des composants. Par ailleurs, les matériaux utilisés pour la spintronique se sont récemment diversifiés : d’abord développée principalement avec des métaux de transition ferromagnétiques, l’électronique de spin explore aujourd’hui de nouveaux objets et des matériaux innovants comme les semi-conducteurs magnétiques, les oxydes complexes, et les matériaux carbonés (graphène, nanotubes). La microscopie à effet tunnel (STM) est l’outil idéal pour sonder les matériaux à l’échelle de l’atome individuel. Dans ce stage, et ensuite en thèse, nous aurons la possibilité de œuvre des techniques puissantes associées au STM (manipulation d’atome par la pointe, STM polarisé en spin SP-STM, spectroscopie tunnel inélastique IETS) pour explorer des structures composées de quelques atomes magnétiques (Co, Fe, Cr, Mn) déposés sur des matériaux innovants. Nous aurons ainsi accès aux propriétés de spins uniques encore très peu explorés sur des substrats comme les semi-conducteurs (GaAs(110)) : anisotropie, couplage inter-spins, interactions avec le substrat.

  • Lasers à semiconducteurs à 1.5µm de type VECSEL pour l’émission monofréquence de puissance

  • Niveau : Master2
    Contact : S. Bouchoule
    Groupe : Disposistifs Photoniques (PHODEV)
    En savoir plus
    * La configuration laser VECSEL (vertical external cavity surface emitting laser) est basée sur une cavité de type plan-concave de haute finesse, intégrant un composant semiconducteur incluant le milieu actif (appelé microcavité ½-VECSEL), et un miroir externe. Cette configuration présente certains avantages qui permettent d’obtenir des lasers continus assez compacts, de grande pureté spatiale et spectrale (émission monomode transverse et longitudinale, faible largeur de raie), et de faible niveau de bruit d’intensité. Les domaines d’applications concernent les communications optiques et l'instrumentation sur fibre optique (sources pour liaisons radar, capteurs sur fibre optique par exemple). A titre d’exemple, ce type de laser est intéressant pour les liaisons radar large-bande sur fibre optique qui nécessitent de disposer de sources mono-fréquences à 1.55µm de faible bruit [1]. Afin de maximiser le rapport signal à bruit, la source laser utilisée doit émettre suffisamment de puissance. Considérant les budgets de liaisons, nous cherchons à obtenir une puissance source de ~ 100 mW couplée dans la fibre optique. Dans ce contexte, l’objectif du travail de stage est d’étudier et de caractériser des sources VECSELs émettant à 1550nm, en régime monofréquence, afin d’optimiser la puissance émise. Le LPN a développé récemment une technologie de VECSELs à 1.5 µm sur InP optimisés thermiquement, qui devrait répondre aux spécifications visées [2,3].
    * Les puces réalisées dans la salle blanche du LPN, seront intégrées par le stagiaire dans une cavité laser pour obtenir une émission laser mono-fréquence sous pompage optique continu.
    Afin d’optimiser la puissance de sortie, le stagiaire étudiera le fonctionnement laser pour plusieurs géométries de cavités laser, et étudiera différentes hétérostructures structures ½-VECSEL, expérimentalement et à l’aide de simulations à partir de modèles de microcavités.
    * Date de démarrage souhaitée : printemps 2014 - Durée : 3 -6 mois. (contact : sophie.bouchoule@lpn.cnrs.fr)
    [1] G. Baili et al., IEEE Int. Meeting on Microwave Photonics (MWP), 2013.
    [2] Z. Zhao et al. Opt. Lett. 36 (issue 22), 4377 (2011)
    [3] Z. Zhao et al., IEEE J. Quant. Electron. 48, 643 (2012)
    voir aussi : Page VECSEL.

  • Étude de structures plasmoniques couplées à des fluorophores

  • Niveau : Master2
    Contact :
    N. Belabas , S. Barbay
    Groupe : Photonique Nonlineaire et Information Quantique (PHOTONIQ)
                Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Les plasmons de surface et les résonances associées jouent un rôle de plus en plus important en nano/bio-photonique. Les plasmons de surface sont des excitations collectives associant électrons et photons qui se manifestent en optique par l'apparition d'ondes évanescentes à une interface métal-diélectrique. Le très fort confinement du champ évanescent résultant est utilisé pour piéger des particules de taille micronique ou sub-micronique dans des nano-antennes qui concentrent la lumière. Les plasmons sont également particulièrement prometteurs pour fabriquer des nanosources localisées de lumière adaptées à la réalisation de circuits photoniques métalliques pour le transport de l'information et la détection de molécules ou la conception de nouveaux bio-senseurs. Malheureusement les pertes du métal sont pénalisantes pour la plupart des applications. Une solution pour pallier ce problème est de déposer sur les structures métalliques des fluorophores (éventuellement organisées) pour amplifier les plasmons. L'objet du stage est de participer à des expériences de caractérisation d'échantillons plasmoniques fabriqués dans la salle blanche du LPN. La caractérisation se fait sur un banc de mesure équipé d'un microscope comportant deux objectifs : un autre pour l'excitation (du plasmon, des molécules ...) et l'autre pour la collection de la lumière. Les caractérisations optiques permettent de qualifier la qualité des réponses plasmoniques et donc la qualité de fabrication des échantillons. Pour évaluer et optimiser l'interaction entre molécules, substrat et plasmon, des échantillons avec ou sans fluorophores déposés en surface seront comparés. Des expériences préliminaires de piégeage (pinces optiques) et/ou d'amplification plasmonique pourront être envisagées. Le stage s'effectue au LPN dans le cadre d'un projet émergeant qui bénéficie de collaborations internes et externes (CEA/IOGS/Paris 5).

  • Plasmonics for Hot Carrier Solar Cells

  • Niveau : Master2
    Contact : A. Cattoni , S. Collin
    Groupe : Micro et Nano Optique (MINAO)
    En savoir plus
    In order to make photovoltaics a sustainable way to produce energy, the research community is still facing two main challenges: increase the solar cell conversion efficiency and reduce the fabrication costs. A possible solution to both these challenges may come from the emerging field of Plasmonics which provides methods for guiding and localizing light at the nanoscale (well below the scale of the wavelength of light in free space) providing for the possibility of a drastic reduction of the semiconductor material consumption and at the same time for the possibility to develop solar cells based on new concepts for higher efficiencies.

    The main energy loss mechanisms in a solar cell is the rapid cooling of high-energy photo-generated carriers to the bandgap edges, through the emission of phonons. The possibility to collect photo-generated carriers before their cooling (“hot carriers”) would allow to reduce this energy loss by extraction of carriers with energies much higher than the bandgap. Slowing of carriers cooling by the so-called “phonon bottleneck effect” has been observed in bulk and quantum confined semiconductors but only under high intensities laser excitation, otherwise impossible to achieve with the sunlight. Both high optical intensities and fast extraction of hot carriers are only possible by reducing the absorption volume and the collection path to the electrodes. We have recently experimentally demonstrated the possibility to obtain the confinement of the light in a sub-wavelength volume (< λ3/1000) by using plasmonic nanocavities, fabricated over large surfaces area (1 cm²) by Nanoimprint Lithography [Cattoni et al., Nano Letters 11, 3557 (2011)]. Because the absorption is omnidirectional and independent of the polarization of the light, these structure are ideal for the design of efficient photovoltaic devices, in particular for investigating the concept of a nanoscale hot carrier solar cell.

    The candidate will carry out the fabrication and the characterization of a proof-of-concept hot carrier absorber in which the a low dimensional semiconductor (thin film or nanowire) is placed inside a plasmonic nanocavity opportunely designed for multi-resonance absorption in the visible spectrum. The first task of the project will be the development an original process for the transfer of a semiconductor thin-film/nanowires-array over an host substrate. This proof-of-concept hot carrier absorber will be developed by using state of the art III-V semiconductors heterostructures grown at LPN. Full characterization of the device (spectral and angular response, photoluminescence) will allow to determine the contribution of the plasmonic structures to the temperature of the carriers. This project will be carried out at LPN in close collaboration with the IRDEP (Institut de Recherche et Développement sur l'Énergie Photovoltaïque), already partners in the “Fédération de Recherche Photovoltaïque d'Ile-de-France” and in the new “Institut photovoltaïque d’Ile-de-France”.
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Master 1


  • Development of closed-loop control for a Microswimmer in Microfluidics

  • N. Beyrand-(En cours depuis 2013-01-01)
    Niveau : Master1
    Contact : G. Hwang
    Groupe : Nanotechnologie et Dispositifs Microfluidiques (NANOFLU)
    En savoir plus
    Cargo transport microrobotic swimmers inside micro?uidic channels could become useful tools for wide applications for biology and transducers technology, though their swimming performances are largely limited by low Reynolds number dynamics and surface phenomenon perturbations from the con?ned fluidic environments. Working on new mobile microrobotic swimmers has shown outstanding dynamic performances and simple process for several different designs and we now aim to develop a closed-loop manipulation strategy, involving fast-framerate camera and electromagnetic generator (4-8 axis generating signals up to 5 kHz). Automated in-plane trajectories are now a major challenge in our community and it has become a yearly event at ICRA, one of the major conferences in robotics. It will be held this year on May 6-10 in Karlsruhe, Germany. Winning in 2009 and 2010 the speed contest, this conference is now the opportunity to develop the controllability part of our setup. LPN facilities include a whole clean room complex allowing us to run in parallel our process and the characterization and experimentation on our test-bench. With more than a hundred people from different background, LPN provides an international context with rare resources and diversity, with fields from quantum physics to biology. It would constitute an excellent first experience in academic research. Expected work: The student will have to achieve the following tasks: • Getting in touch with the setup, software and physics: - Short bibliography - Comparing current real-time tracking performances to post-treatment with Tracker soft - Eventual update of the algorithm on our C# program using Visual Studio IDE • Implementation of closed-loop control - Definition of the model and parameters of the PID control - Implementation and analysis of performance in post-treatment - Define a tuning protocole, and if possible, an algorithm Depending on how the project evolves, different perspective could be planned such as the adaptation of the closed loop control to a haptic interface for smooth control and precise micromanipulation. Publications are highly desired on this project. The student will work with Hugo Salmon (2nd year Ph.D student). Website: http://www.lpn.cnrs.fr/fr/NANOFLU/Nomad.php
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