STAGE Nanoparticules dopées ytterbium pour les technologies quantiques optiques

Les systèmes nanométriques dopé par des ions de terre rare peuvent interagir avec la lumière au
niveau quantique, ce qui leur confère des fonctionnalités clés notamment dans les technologies
quantiques (TQ) de communication, de calcul et de détection.
L'équipe 'Cristaux et Dynamique des Systèmes Quantiques' de l'Institut de Recherche de Chimie
Paris (CNRS/Chimie ParisTech) développe depuis plusieurs années des nanomatériaux pour ces
applications.
Nous avons pu en particulier démontrer que des nanocristaux dopés par l'europium peuvent
présenter des propriétés quantiques remarquables, à la fois pour les transitions optiques et de spin
(Nano Letters 2017, RSC Advances 2018, Nature Communications 2018). Ces résultats tout à fait
uniques pour des nanomatériaux sont la base de plusieurs études, dont les projets Européens
NanOQTech (www.nanoqtech.eu) et Square (www.square.phi.kit.edu).
Dans ce contexte, ce projet de stage consiste à synthétiser et caractériser de nouvelles
nanoparticules dopées ytterbium (Yb3+). Par rapport à l'europium, étudié jusqu'à présent, cet ion
présente des transitions optiques plus intenses et observables dans beaucoup plus de cristaux
et/ou de sites cristallographiques. Ceci ouvre des perspectives très larges en termes de matériaux,
si les propriétés au niveau quantique sont suffisantes, comme nos résultats récents dans des
cristaux massifs le suggèrent. Cette question sera étudiée dans la matrice Y2O3, qui comporte deux
sites de substitution pour Yb3+. L'un d'eux possède un centre d'inversion, ce qui, d'après nos
modèles, pourrait donner des propriétés optiques grandement améliorées. Il s'agira dans un
premier temps de synthétiser des particules de différentes tailles et niveaux de dopages, puis de les caractériser d'un point de vue structural (DRX, microscopie électronique). Une étude complète de photoluminescence sera ensuite menée pour déterminer les propriétés des deux sites (spectres, temps de vie, basse température). Ces éléments serviront de point de départ à une caractérisation en spectroscopie à très haute résolution qui permettra de déterminer le potentiel de ce système pour les applications en TQ. Le cas échéant, des particules dopées par un isotope particulier de l'ytterbium seront préparées et mesurées. Ce stage est susceptible de se poursuivre par une thèse.