Thèse Métasurfaces Mésomorphes et Chirales H/F - 40

Établissement : Université Côte d'Azur
École doctorale : SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées
Laboratoire de recherche : INPHYNI - Institut de Physique de Nice
Direction de la thèse : Michel MITOV ORCID 0000000318312152
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-16T23:59:59L'originalité de la thèse consistera à élaborer par voie physique des métasurfaces (MS) faites d'un cristal liquide (CL) cholestérique dont la texturation chirale ouvre l'accès à des caractéristiques et propriétés optiques inatteignables par les MS usuelles. Le doctorant acquerra une formation interdisciplinaire par la maîtrise des matériaux cholestériques à structure complexe à l'INPHYNI, et une expertise en ingénierie, caractérisation et modélisation optiques des MS au CRHEA. Cette synergie permettra d'aborder le déroulement de la thèse de manière intégrée, depuis la structuration moléculaire du matériau jusqu'à la fonctionnalité. La conception physique des matériaux mésomorphes (choix des composés, détails expérimentaux de la voie physique d'élaboration), la spectrophotométrie, la microscopie optique, l'analyse d'images et la structure à petite échelle seront encadrées par l'équipe « CLs pour l'Optique » de l'INPHYNI. La définition et l'étude de la réponse optique des MS chirales pour un large éventail d'applications photoniques, comprenant les activités de simulation et d'ingénierie, seront assurées par l'équipe « Métasurfaces » du CRHEA. Le succès de la thèse reposera sur l'investissement du doctorant et la rétroaction permanente entre les activités menées au sein des deux équipes.

L'utilisation de motifs torsadés dans les textures cholestériques a été objectivée pour les réseaux de diffraction, les déflecteurs, les lentilles plates et le contrôle du front d'onde réfléchie. Dans la littérature, les dispositifs à base de CLC sont limités par la structure hélicoïdale intrinsèque du matériau : pour une période complète de rotation moléculaire, la phase optique d'une onde incidente augmente puis diminue, ce qui restreint fortement les profils de phase atteignables. Les fonctionnalités possibles, comme la fabrication de réseaux à séparation de faisceaux à la place d'un déflecteur qui redirige la lumière uniquement d'un côté, sont alors limitées. Nous proposons de dépasser cette limitation en développant une nouvelle génération de MS à base de CLC à fonctionnalité arbitraire. Par ailleurs, les propriétés chirales ouvrent la voie à l'exploration d'effets topologiques uniques. Une configuration particulièrement intéressante, outre la modulation du pas, est l'association de deux CLC présentant des hélices de sens opposés, ce qui est susceptible d'engendrer des états localisés et des comportements non conventionnels de la lumière.

Elaborer par voie physique des MS mésomorphes et chirales dont la texturation permette l'accès à des caractéristiques et propriétés inatteignables par les MS usuelles. La MS sera le film de CL cholestérique. Cette structure continue permettrait de réduire les diffusions et réflexions parasitaires, d'élargir la bande passante, d'offrir une robustesse mécanique et des effets collectifs étendus au lieu de résonances locales. La variation locale de l'indice de réfraction extraordinaire causée par le changement local d'orientation des molécules permettrait d'obtenir un contrôle local de la phase de la lumière.

Pour réaliser des MS générant des profils de phase sur demande, nous visons de moduler le pas hélicoïdal et sa distribution : gradient de pas, profil de variation du pas linéaire ou non linéaire, variation pas sauts, versatilité du domaine spectral du début du visible jusqu'à l'IR - des configurations absentes de la littérature et qui feront appel à l'expertise de l'encadrant en élaboration par voie physique de CLCs à torsion complexe. Contrairement à une MS conventionnelle où la phase est pixélisée, chaque pixel correspondant à un méta-atome, dans les MS cholestériques la phase variera de manière continue. Ceci pourra permettre d'obtenir des MS à grande ouverture numérique, capables de défléchir la lumière à de grands angles, avec une efficacité importante, ce qui reste un défi avec les MS classiques.