Quantum nanophotonics with 2D crystals : strain, dielectric, and electrostatic engineering of MoSe₂ quantum emitters

Nanophotonique quantique avec des cristaux bidimensionnels : ingénierie de la contrainte, de l'environnement diélectrique et de contrôle électrostatique des émetteurs quantiques de MoSe₂ Cette thèse explore les propriétés optiques et optoélectroniques des TMD bidimensionnels, en mettant particulièrement l'accent sur la formation et la manipulation contrôlées d'états excitoniques localisés servant de sources quantiques de photons uniques à l'état solide. Après avoir introduit la physique fondamentale des excitons en dimensions réduites et passé en revue les avancées récentes dans l'émission de photons uniques à partir de matériaux 2D, le travail détaille les méthodes expérimentales développées pour la spectroscopie de photoluminescence résolue spatialement à haute résolution, la fabrication d'échantillons et les mesures optiques à des températures cryogéniques (3K). Sur cette base, la création déterministe d'émetteurs quantiques est démontrée dans une monocouche de MoSe₂ grâce à l'ingénierie de contrainte utilisant des nanopiliers de GaN structurés, où des déformations nanométriques localisent de manière reproductible les excitons et donnent naissance à des raies d'émission étroites. Des mesures corrélées en AFM et en cartographie optique confirment l'interaction entre la contrainte, l'environnement diélectrique et la localisation excitonique. Enfin, une plateforme intégrée est explorée pour le contrôle optoélectronique, dans laquelle l'application de tensions de grille module le paysage excitonique et permet de contrôler les propriétés d'émission. Pris dans leur ensemble, ces résultats établissent à la fois le cadre expérimental et les principes physiques nécessaires à l'ingénierie de réseaux d'émetteurs quantiques dans les monocouches de TMD, ouvrant la voie à leur intégration dans des applications de photonique quantique et d'optoélectronique avancée.