Un financement a été attribué au projet intitulé QUANTUM : “Quantum dot Atomic Interface Thermodynamics Under Mismatch”. Ce projet, défini conjointement entre Pr. Paul Alivisatos (Université Chicago) et son équipe, et Dr. Laurent Pedesseau et Pr. Charles Cornet (Institut FOTON, département OHM, INSA Rennes), va permettre de démarrer une thèse environnée et encadrée conjointement à partir de septembre 2026.
Mécanisme de soutien : Programme conjoint de thèse UChicago-CNRS
Dates: Octobre 2026 – Septembre 2029
Contexte
Ce projet de thèse s’appuie sur les résultats fondateurs de la thèse de Sreejith Pallikkara Chandrasekharan (Institut FOTON, Département OHM, INSA Rennes) codirigée par L. Pedesseau et C. Cornet. Ces travaux ont permis en 2026 d’établir pour la première fois une prédiction théorique robuste des formes d’équilibre des nanostructures cristallines dans une approche numérique entièrement ab initio, c’est-à-dire sans aucuns paramètres ajustables, uniquement sur la base des équations de la mécanique quantique, et de ses constantes fondamentales [1]. Cette performance a été rendue possible par la méthodologie développée par les chercheurs de l’Institut FOTON, permettant de calculer de manière très robuste les énergies absolues d’interface entre deux matériaux cristallins [2]. Ces résultats ont attiré l’attention du Pr. Paul Alivisiatos (Président de l’Université Chicago, département de Chimie) et de son équipe, reconnus internationalement pour leurs travaux dans le développement des boites quantiques colloïdales, et nanocristaux [3-5].
Description projet QUANTUM :
Le projet proposé aborde les enjeux fondamentaux et technologiques liés à la stabilité des interfaces cristallines semi-conductrices présentes dans les boites quantiques, appelées « Quantum Dots » (QDs). La thèse se concentrera spécifiquement sur l’aspect théorique, en appui aux travaux de synthèse et de caractérisation menés par le groupe du Pr. Paul Alivisatos. Pionnier mondial en synthèse colloïdale de QDs, le groupe d’Alivisatos maîtrise l’ingénierie nanocristalline et la caractérisation des interfaces. Ses mesures calorimétriques des énergies d’interface éclairent la stabilité thermodynamique des QDs, liant chimie des ligands, contraintes et composition aux performances des dispositifs. En utilisant des simulations avancées par théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et des modèles atomistiques, le projet vise à :
- Combler le fossé entre les observations expérimentales et la théorie à l’échelle atomique, permettant une compréhension globale des interfaces des QDs ;
- Adapter et étendre aux interfaces hétérogènes quaternaires les méthodes de pointe pour le calcul des énergies absolues d’interface ;
- Décrypter les mécanismes fondamentaux régissant l’énergétique des interfaces ;
- Fournir des orientations théoriques pour optimiser les hétérostructures de QDs ;
Pourquoi ?
Les boîtes quantiques (ou quantum dots, QDs) sont des nanocristaux semiconducteurs dont les propriétés optoélectroniques, ajustables selon leur taille, révolutionnent de nombreux domaines d’application. Cependant, leurs performances restent fortement limitées par les imperfections interfaciales : même des défauts à l’échelle atomique introduisent des états pièges, des barrières énergétiques et une instabilité, ce qui compromet l’efficacité des dispositifs. Bien que des progrès aient été réalisés grâce aux structures cœur/coquille et au dépôt de couches atomiques, le contrôle précis des interfaces des QDs demeure un défi majeur. Pour le relever, il est essentiel de combiner des techniques avancées de caractérisation, de modélisation numérique atomistique et de synthèse de précision.
[1] S. Pallikkara Chandrasekharan et al. Phys. Rev. Materials Letter 10, L030401, 2026
[2] S. Pallikkara Chandrasekharan et al. Phys. Rev. B 108, 075305, 2023
[3] A. P. Alivisatos. Science 271,933-937, 1996
[4] X. Peng et al. Nature 404, 59–61, 2000
[5] M.H. Oh et al. Nature 577, 359–363, 2020
Membres du projet QUANTUM
Responsables scientifiques de QUANTUM :
- Paul Alivisatos – Département de Chimie, Université de Chicago
- Laurent Pedesseau et Charles Cornet – Institut FOTON, département OHM, CNRS
Contributeurs scientifiques de QUANTUM :
- Sreejith Pallikkara Chandrasekharan – Institut FOTON, département OHM, CNRS
- Kamran Forghani et Amanda Brewer – Département de Chimie, Université de Chicago
Laurent PEDESSEAU
Charles CORNET
Sreejith PALLIKKARA CHANDRASEKHARAN
Paul ALIVISATOS
Kamran FORGHANI
Amanda BREWER