Une thèse conjointe entre l’Université de Chicago et l’INSA Rennes – Institut FOTON

Financé en 2026 dans le cadre du programme conjoint de thèse UChicago–CNRS, le projet QUANTUM (« Quantum dot Atomic Interface Thermodynamics Under Mismatch ») associe l’Université de Chicago et l’Institut FOTON (INSA Rennes – CNRS). Il permettra le lancement, à partir de septembre 2026, d’une thèse co-encadrée dédiée à l’étude théorique des interfaces dans les boîtes quantiques.

Un financement a été attribué en 2026 au projet de thèse QUANTUM, porté conjointement par le Pr. Paul Alivisatos (Université de Chicago) et son équipe, ainsi que par le Dr. Laurent Pedesseau et le Pr. Charles Cornet (Institut FOTON, INSA Rennes - CNRS). Cette collaboration internationale donnera lieu à une thèse co-encadrée, prévue d’octobre 2026 à septembre 2029.

Un projet ancré dans des résultats scientifiques récents

Ce projet s’appuie sur les avancées issues de la thèse de Sreejith Pallikkara Chandrasekharan (Institut FOTON, INSA Rennes), codirigée par Laurent Pedesseau et Charles Cornet. Ces travaux ont permis d’établir en 2026, pour la première fois, une prédiction théorique robuste des formes d’équilibre de nanostructures cristallines, dans une approche entièrement ab initio, fondée uniquement sur les équations de la mécanique quantique et ses constantes fondamentales.

Cette avancée repose notamment sur une méthodologie développée à l’Institut FOTON, permettant de calculer de manière fiable les énergies absolues d’interface entre deux matériaux cristallins. Ces résultats ont suscité l’intérêt du Pr. Paul Alivisatos et de son équipe, reconnus internationalement pour leurs travaux pionniers sur les boîtes quantiques colloïdales et les nanocristaux.

Comprendre et maîtriser les interfaces des boîtes quantiques

Le projet QUANTUM s’intéresse aux enjeux fondamentaux et technologiques liés à la stabilité des interfaces cristallines dans les boîtes quantiques (quantum dots, QDs). La thèse portera principalement sur une approche théorique, en appui aux travaux expérimentaux de synthèse et de caractérisation menés à l’Université de Chicago.

Le groupe du Pr. Alivisatos, pionnier mondial dans la synthèse colloïdale de QDs, développe des approches avancées d’ingénierie nanocristalline et de caractérisation des interfaces. Ses travaux expérimentaux, notamment en calorimétrie, permettent de relier les propriétés des interfaces (chimie des ligands, contraintes, composition) aux performances des dispositifs.

Dans ce cadre, le projet vise à :

• adapter et étendre les méthodes de calcul des énergies absolues d’interface à des interfaces hétérogènes quaternaires ;
• décrypter les mécanismes fondamentaux gouvernant l’énergétique des interfaces ;
• fournir des orientations théoriques pour optimiser les hétérostructures de boîtes quantiques ;
• rapprocher les observations expérimentales et les modèles théoriques à l’échelle atomique.

Un enjeu clé pour les applications des nanomatériaux

Les boîtes quantiques sont des nanocristaux semi-conducteurs dont les propriétés optoélectroniques, ajustables en fonction de leur taille, ouvrent des perspectives majeures dans de nombreux domaines d’application. Toutefois, leurs performances restent fortement limitées par les imperfections aux interfaces.

Même à l’échelle atomique, ces défauts peuvent générer des états pièges, des barrières énergétiques et des phénomènes d’instabilité, affectant directement l’efficacité des dispositifs. Malgré les progrès permis par les structures cœur/coquille ou le dépôt de couches atomiques, le contrôle précis des interfaces demeure un défi scientifique majeur.

Le projet QUANTUM entend contribuer à relever ce défi en combinant modélisation atomistique avancée, simulations quantiques et données expérimentales, pour une compréhension globale des interfaces dans les boîtes quantiques.

Responsables scientifiques
Paul Alivisatos – Département de Chimie, Université de Chicago
Laurent Pedesseau et Charles Cornet – Institut FOTON, CNRS – INSA Rennes
Contributeurs scientifiques
Sreejith Pallikkara Chandrasekharan – Institut FOTON, CNRS – INSA Rennes
Kamran Forghani et Amanda Brewer – Département de Chimie, Université de Chicago

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