Sujet de stage / Master 2 Internship

L'objet du stage est de mettre au point une technique d’implantation d’ions uniques dans du silicium (Si), quartz (SiO2) ou graphite (HOPG), corrélée à des mesures de détection en temps de vol.

L’élaboration et les analyses de matériaux nano-structurés par faisceaux d’ions sont des techniques très largement répandues dans la plupart des domaines liés aux nanosciences et nanotechnologies comme pour les composants de la microélectronique, la nano-photonique, les nano-matériaux, le nano-magnétisme, l’électronique de spin et la quantronique. Le dopage localisé s’appuie essentiellement sur l’implantation ionique, que ce soit par l’utilisation de masques ou par faisceaux d’ions focalisés.

L’implantation unique, comme moyen de contrôle fin de l’inclusion d’impuretés (azote dans le diamant par exemple), est également utilisée dans la cadre de la génération de sources à photon unique. Cette technique, étendue à la fabrication de réseaux de centres émetteurs (centres colorés), est cruciale pour de futures applications comme dispositif quantique à base de couplage de spins.

Dans ce contexte, le CIMAP a développé un instrument unique au monde (PELIICAEN) qui permet, non seulement d’élaborer ou modifier des matériaux pour les technologies quantiques à l’échelle nanométrique par implantation ionique localisée, mais aussi de pouvoir caractériser et analyser certaines propriétés in-situ (électrique, évolution topographique, magnétique et composition chimique élémentaire).

Nous proposons dans ce stage de mettre au point la technique d’implantation d’ion unique corrélée à des mesures de détection en temps de vol. Les implantations se feront dans un premier temps sur des matériaux modèles sensibles aux impacts d’ions lourds (Bismuth et Xénon) comme du silicium (Si), du quartz (SiO2) ou du graphite (HOPG). Les caractérisations en champ proche (AFM, STM, C-AFM, KPFM) se feront in-situ au dispositif PELIICAEN. Puis dans un second temps sur des échantillons de diamant pour la création de matrices de centres NV et caractérisés en microscopie optique super résolue STED.

L’ensemble de ces travaux sont fortement soutenus par différents appels à projet, notamment par le Plan Quantique, l’Europe et la Région Normandie, et une proposition de thèse pourrait être envisagée.