M2 Nanosciences

Places available

45
Language(s) of instruction

French, English

Présentation

Objectives

This M2 is not offered next year

From the beginning of the academic year 2021-22, the M2 Nanosciences and the M2 LOM merge to become the M2 QLMN : Quantum, Light, Materials and Nano Sciences.

The M2 QLMN offers a specialization through three tracks:
- Light and Matter
- Condensed matter and its interfaces
- Nanodevices and Technologies
The themes of the M2 nanosciences will be mainly taken up by the tracks"Condensed matter and its interfaces" and "Nanodevices and Technologies"

The objective of this program is to offer top-level training in nanoscience. It relies on the skills available in Paris-Saclay's laboratories as well as on existing technological platforms. It is an ambitious program that helps students structure their way of working, with three possible options:
• Nanophysics,
• Nanodevices and Nanotechnologies
• International track in nanoscience (in English)
with different approaches based on fundamental physics, applied physics, information science and technologies and Nano bioscience.
Graduates can seek a career in areas that are strongly related to nanoscience and emerging technologies:
• academic staff,
• research and development engineer in optics, nanoelectronics, matter, biosciences, biotechnologies, health...
After PhD graduation, doctors can continue as post-doc in an academic lab (45%) or valve their experience as engineer of research for in companies or organizations as ONERA (40%). About 14% get a permanent academic position.

Location

PALAISEAU

GIF SUR YVETTE

ORSAY

VERSAILLES

Course Prerequisites

1st year of Master 1 in Physics or Electronics Good knowledge of electromagnetism and condensed matter physics (quantum mechanics, statistical physics)

Skills

Understand and use specialised nanosciences knowledge with the requisite scientific rigour.
Be able to analyse a scientific article or presentation and grasp its underlying issues as well as its limits.
Use conceptual, methodological, numerical, technical and practical knowledge and skills for modelling and solving problems in physics or engineering, or at the junction of both disciplines.
Build knowledge through a scientific approach.
Adapt to a new environment, work as a team and collaborate to achieve common goals.
Summarise and communicate effectively in two languages including English, in a manner adapted to the target audience.

Post-graduate profile

Most graduates (79 %) go on to do a thesis, either in an academic or in an industrial research laboratory, for instance under a CIFRE contract. Slightly over half of such theses are carried out in Paris-Saclay laboratories. 12 % are done abroad. Other former students prefer to join a company directly as engineers (12 %). 5 % opt for further studies, other than a thesis, changing to a different topic.

79 % of the graduates choose to continue as PhD students. Among those, 54 % work in a lab in the Paris-Saclay area, 13 % elsewhere in the Paris region, 21 % in other French regions, and 12 % abroad. Funding is distributed among contracts attributed by doctoral schools, research contracts obtained by the host teams or the mixed Finance and Industry ministry (CIFRE thesis). 12 % of the graduates are hired as engineers directly after the M2. Others pursue further studies, other than a thesis.

Career prospects

This specialisation is oriented towards professions that are highly associated with the field of nanosciences and technologies:
* researcher and university lecturer,
* research and development engineer in the field of optics, nanoelectronics, materials, biosciences, biotechnologies, health, etc.
Students trained in this programme will be able to continue their studies to prepare for a doctoral programme in an academic or industrial research laboratory, for instance under a CIFRE contract.

Collaboration(s)

Laboratories

Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
Laboratoire Charles Fabry
Laboratoire Aimé Cotton
Laboratoire de Physique des Solides
Groupe d'études de la matière condensée
Unité mixte de physique CNRS/Thales
Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire
Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris
Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay
Institut Galien
Laboratoire de Chimie Physique
Structures, propriétés et modélisation des solides
Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion
Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures et Matériaux
Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière
Institut de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay
Institut Rayonnement et Matière - DRF.

Laboratoire de Physique de la Matière Condensée
Laboratoire de Physique des interfaces et couches minces
Laboratoire des Solides Irradiés.

Programme

1er semestre composé de :
* 2 UE de tronc commun
* 8 UE obligatoires réparties en 3 paquets possibles associées à des options de spécialisation (nanophysique, nanodispositifs et nanotechnologies ou international track in nanosciences)
* 2 UE optionnelles à choisir parmi une liste
Toutes ces UE sont à 3 ECTS.

Subjects	ECTS	Lecture	practical class
Electron and scanning probe microscopy and spectroscopy	3	15	15
Electron and scanning probe microscopy and spectroscopy Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 15 Practical class : 15 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Elizabeth Boer-Duchemin, Associate professor, Université Paris-Saclay Emmanouil Frantzeskakis, Associate professor, Université Paris-Saclay Andres Santander-Syro, Associate professor, Université Paris-Saclay Alexandre Dazzi, Professor, Université Paris-Saclay Odile Stephan, Professor, Université Paris-Saclay Nicolas Vernier, Associate professor, Université Paris-Saclay Mathias Kobylko, Associate professor, Ecole Polytechnique Julien Barjon, Associate professor, Université de Versailles St-Quentin-en-Yvelines Pierre Eugène Coulon, Research engineer, Ecole Polytechnique Giancarlo Rizza, Researcher, CEA Paul Haghi, Engineer, CNRS Alerto Zobelli, Associate professor, Université Paris-Saclay. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectives : The objective of this unit is to offer an introduction to microscopy technics and specific nanosciences spectroscopy through a very experimental approach. Outline: Scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, electron diffraction spectroscopy Atomic force microscopy Scannig tunneling miscroscopy. Prerequisites : Physics bases in Condensed Matter Physics acquired at the M1 level. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Location : ORSAY - GIF-SUR-YVETTE - VERSAILLES - PALAISEAU
Fabrication and Characterisation of Nanodevices and Nanoobjects	3		30
Fabrication and Characterisation of Nanodevices and Nanoobjects Language(s) of instruction : FR/AN Title of educational component in English : Fabrication and Characterisation of Nanodevices and Nanoobjects ECTS : 3 Détail du volume horaire : Practical class : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Adel Bousseksou, Associate professor, Université Paris-Saclay Julien Basset, Associate professor, Université Paris-Saclay Sylvia Matzen, Associate professor, Université Paris-Saclay Pierre Seneor, Professor, Université Paris-Saclay François Marquier, Professor, ENS Paris-Saclay Eddy Dumas, Associate professor, Université de Versailles St-Quentin-en-Yvelines Jean-Pierre Hermier, Professor, Université de Versailles St-Quentin-en-Yvelines Bruno Berini, engineer, CNRS Lucio Martinelli, engineer, CNRS. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : This unit aims at implementing different fabrication and characterization technologies in Nanosciences. It enables to use different facilities of the participating institutions, , such as microfluidic plateform at ENS Cachan or the clean room of CTU Minerve technology center at Université Paris-Sud. Students follow practical trainings in small group of 4 students. Each student has to follow 10 sessions of 3 hours of practical works within a list around 30 possible sessions. Outline: Microcantilers and membranes Metal-insulator-semiconductor capacitors E-beam lithography Carbon nanotubes transistors fabrication and characterization Elaboration of microfluidic system Cell manipulation by dielectrophoresis in a microfluidic system Light and plasmon coupling Optical properties of semiconductor quantum wells and quantum dots Optical tweezers Nanoporous membranes for water quality analysis Synthesis and characterization of nanoparticles Nanostructured materials for photovoltaic applications Single photon source characterization Ferro fluid synthesis and characterization Carbon nanotubes synthesis and characterization Graphene devices Quantum Hall effect in graphene Optical behavior of nanostructured materials and surfaces for photovoltaic applications Violation of Bell's inequality. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février. Location : ORSAY - GIF-SUR-YVETTE - PALAISEAU

Subjects	ECTS	Lecture	directed study	practical class
Light-matter interaction in semiconducting nanostructures	3	30
Light-matter interaction in semiconducting nanostructures Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Jean-Sébastien Lauret, Professor, ENS Paris-Saclay Jacqueline Bloch, Research director, CNRS. Procedure and organisation : Written exam. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : The course aims at describing light-matter interaction in condensed matter systems in close connection with on-going state of the art research. It focuses on semiconductor nanostructures and their use to tailor light matter interaction, realize sources of quantum light and explore quantum fluids of light. The course starts with the description of light-matter interaction using a semi-classical approach. The processes of absorption and emission of light is described as well as their dependence on the dimensionality. The notion of excitonic states is then discussed. These phenomena are illustrated using textbook examples from the history of semiconductors as well as current issues encountered on new materials. The second part of the course is dedicated to cavity quantum electrodynamics using condensed matter quantum emitters embedded in integrated high finesse cavities. After an introduction to the second quantification formalism, the properties of quantum dots and their use as bright sources of quantum light will be discussed. Then we will discuss how quantum wells in microcavities provide a platform for the exploration of quantum fluids of light. Syllabus - Optical processes in a two level system - Quantum description of the dielectric constant - Effect of the dimensionality - Exciton - Exciton in molecular materials / Defect centers - Introduction to the second quantification - Quantum dots - Quantum dots in cavity - Quantum wells in cavity - Cavity polaritons. Prerequisites : - Solid State Physics (M1) (or see pre-requisites courses) - Quantum physics (M1) - Electromagnetism (L3). Bibliographie : - G. Bastard “Wave mechanics applied to Semiconductor heterostructures” - PY Yu & M. Cardona: “Fundamental of semiconductors” - Y. Toyozawa: “Optical processes in Solids” - M. Fox: “Optical properties of Solids”. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Location : PALAISEAU
Microtechnology	3	30
Microtechnology Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Elisabeth Dufour-Gergam, Professor, Université Paris-Sud Bernard Bartenlian, Researcher, CNRS. Procedure and organisation : Evaluation: bibliographic synthesis about a technological key challenge. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objective: This course presents different fabrication methods of micro and nano-devices using very high technological processes. Some of these techniques are directly derived from microelectronics. For others, they concern the manufacture of MEMS, NEMS, micro and nanodevices using nanostructured material. Outline: - Introduction - Material structures - Growth technics (oxidation, CVD, PVD, MBE, …) - UV-Lithography - Etching technics - Specific processes for hybrid systems: transfer technics, advanced micromolding... - Specific growth technics for nanostructuration. Prerequisites : Basic knowledge in physics. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Octobre - Novembre - Décembre. Location : PALAISEAU
Mobile Charges in physics and chemistry	3	20	7
Mobile Charges in physics and chemistry Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 20 Directed study : 7 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Mobile charges as electrons in a solid or ions in solutions are involved in most of the systems and phenomena in physics, chemistry and biology. The study of their spatial and time distributions is therefore fundamental to understand these phenomena. The objective of this course is to give a solid background allowing to deal with practical problems involving mobile charges in physics as well as in chemistry and biology. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Janvier - Février - Mars. Location : PALAISEAU
Nanoelectronics and Molecular Electronics	3	27
Nanoelectronics and Molecular Electronics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 27 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Philippe Dollfus, Research director, CNRS Arianna Filoramo, Researcher, CEA Damien Querlioz, Researcher, CNRS. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : The objectives are to acquire the basic knowledge of (i) the physics of transport in semiconductor nanodevices through different formalisms of semiclassical and quantum transport description, computational methods, and typical examples of nanodevices, (ii) the physics of transport in molecular electronics from both theoretical and experimental perspectives, including conjugate/functionalized molecules and carbon-based materials, and (iii) the possible use of nanodevices in appropriate circuit architectures through examples from neuromorphic electronics. Outline: I. Nanoelectronics - Introduction to nanoelectronics: Typical examples, the limitations of the semi-classical approach of transport -. From classical to quantum transport: Transport equations from Boltzmann to Wigner, Landauer equation, Green's functions, Computational methods, Decoherence phenomena - Nanotransistors: ballistic and quantum effects - Resonant tunneling effect and applications - Quantum dots – Coulomb blockade – Single electron devices II. Molecular electronics - Introduction to molecular electronics: an overview - Conjugate and functionalized molecules, molecular transport: Nanoparticles, synthetic molecules, DNA/RNA, transport properties - Fullerenes, carbon nanotubes, graphene devices: Principles, theory and experiments III. Nanoarchitectures and Neuromorphic electronics - Introduction to the integration of nanodevices - The neuromorphic electronics, Unsupervised learning. Prerequisites : Basic knowledge of quantum mechanics and of semiconductor device physics. Bibliographie : - M. Lundstrom, Fundamentals of Carrier Transport, Cambridge University Press, 2009 - D.K. Ferry, S.M. Goodnick and J. Bird, Transport in Nanostructures, Cambridge University Press, 2009 - D. Querlioz and P. Dollfus, The Wigner Monte Carlo Method for Nano. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février. Location : PALAISEAU
Nanomagnetism and spintronics	3	27
Nanomagnetism and spintronics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 27 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Pierre Seneor, Professor, Université Paris-Sud Jean-Paul Adam, CNRS Researcher, Université Paris-Sud. Procedure and organisation : Written exam. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : The objective of this course is to provide a solid background in magnetism and spin-dependent transport. The course material will range from fundamental aspects to current research in magnetic recording and novel spintronic devices based on magnetic materials. Outline: Microscopic origins of magnetism Paramagnetism, ferromagnetism, antiferromagnetism, spin waves Magnetic anisotropies Low-dimensional magnetism Experimental techniques Magnetisation dynamics Magnetic recording Spin-dependent transport (GMR, TMR…) Spin transfer torques Spin electronics and devices. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre. Location : PALAISEAU
Nanophotonics	3	24		3
Nanophotonics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 24 Practical class : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objective: The objective of this module is to train students in the fields of nanophotonics and its applications through the study of the properties of light propagation in nanostructured environments as well as the benefits from nanostructures for optoelectronics. Outline: - Photonic integrated circuits Properties of light waves Guiding, photonic integrated circuits : building blocs Example of application : silicon photonics II - Propagation of light in nanostructured environments Photonic crystals Plasmonics Metamaterial III - Photonics active devices Nanostructures for optoelectronics (quantum well, quantum dots, nanowires). Prerequisites : Basic knowledge of electromagnetism and semiconductor device physics. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février - Mars. Location : PALAISEAU
Nonequilibrium Statistical Physics	3	18	12
Nonequilibrium Statistical Physics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 18 Directed study : 12 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectives: The course starts by reviewing equilibrium statistical physics with emphasis on fluctuations. Several approaches to non-equilibrium statistical physics are then presented : linear response theory, Langevin model, Boltzmann equation and irreversible thermodynamics. Content: Microcanonical, canonical and grand canonical ensembles Thermodynamic functions, potentials Linear response theory Fluctuation-dissipation theorem. Langevin model Boltzmann equation Transport phenomena in gases Transport phenomena in solids Introduction to irreversible thermodynamics. Prerequisites : Basic quantum mechanics. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre. Location : GIF-SUR-YVETTE
Numerical Simulation of Nanosystems	3	15		15
Numerical Simulation of Nanosystems Language(s) of instruction : FR/AN Title of educational component in English : Numerical Simulation of Nanosystems ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 15 Practical class : 15 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Hichem Dammak, Professor, CentraleSupélec Marc HAYOUN, Researcher, CEA Igor KORNEV, Professor, CentraleSupélec. Procedure and organisation : The assessment is in the form of short written test (1:30) at the end of the presentation of the theoretical part. The mini-project will be evaluated during an oral presentation and a short report that will be requested for each pair of students. This will allow students to appreciate the diversity of topics. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectives: The simulation on computer is a necessary tool of research in physics. It is considered to be a third scientific supplementary way to experimental and theoretical approaches. The purpose of this course is to introduce the most common methods in simulation: molecular dynamics and Monte Carlo methods. Outline: Modelling of interatomic interactions Configuration integral and generalized equipartition theorem. Monte Carlo Metropolis (MC) method Molecular Dynamics method and comparison with MC. Methods to derive microscopic and macroscopic properties : heat capacity, radial distribution function, diffusion coefficient, order parameters, surface energy, frequency dependence of polarisability… Examples of subjects proposed to students during supervised sessions: 1) Order-disorder transition. 2) Diffusion coefficient in argon. 3) Surface reconstruction and reordering. 4) Influence of cluster size on structural and optical properties. 5) Density of vibration states and dielectric constant in ferroelectrics. 6) Ferromagnetic et anti-ferromagnetic transition…. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier. Location : GIF-SUR-YVETTE

Subjects	ECTS	Lecture	directed study	practical class
Interaction Matière-Rayonnement. Laser-Atomes	3	15	15
Interaction Matière-Rayonnement. Laser-Atomes Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 15 Directed study : 15 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Jean-François Roch, Professeur CNU 30, ENS Paris-Saclay Alain Aspect, Professeur émérite, IOGS François Marquier, Professeur CNU 30, ENS Paris-Saclay. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : L’objectif de ce cours est d’introduire les concepts avancés de mécanique quantique nécessaires à la compréhension des expériences récentes en nanophysique. L’accent portera sur l’interaction matière rayonnement et ses applications. Contenu : Partie 1: Compléments de Mécanique Quantique - Perturbations dépendantes du temps, probabilités de transition, règle d'or de Fermi - Matrice densité, relaxation, équations de Bloch Partie 2 : interaction matière rayonnement - Hamiltonien d'interaction A.p et D.E - Equations de Bloch Optique - Atome à deux niveaux en interaction avec un champ monochromatique Partie 3 : lasers et atomes - Amplification laser ; oscillation laser - Laser continu, seuil, saturation, brisure spontanée de symétrie, compétition entre modes - Laser en impulsions; peigne de fréquences. - Largeur de raie laser : notions d'optique statistique, équation de Langevin - Manipulation d'atomes par laser, lasers à atomes - Applications des atomes ultrafroids : interférométrie atomique et senseurs inertiels ; simulateurs quantiques de problèmes de matière condensée (transition de Mott, localisation d'Anderson). Prerequisites : Cours d’introduction à la mécanique quantique. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre. Location : PALAISEAU
Light-matter interaction in semiconducting nanostructures	3	30
Light-matter interaction in semiconducting nanostructures Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Jean-Sébastien Lauret, Professor, ENS Paris-Saclay Jacqueline Bloch, Research director, CNRS. Procedure and organisation : Written exam. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : The course aims at describing light-matter interaction in condensed matter systems in close connection with on-going state of the art research. It focuses on semiconductor nanostructures and their use to tailor light matter interaction, realize sources of quantum light and explore quantum fluids of light. The course starts with the description of light-matter interaction using a semi-classical approach. The processes of absorption and emission of light is described as well as their dependence on the dimensionality. The notion of excitonic states is then discussed. These phenomena are illustrated using textbook examples from the history of semiconductors as well as current issues encountered on new materials. The second part of the course is dedicated to cavity quantum electrodynamics using condensed matter quantum emitters embedded in integrated high finesse cavities. After an introduction to the second quantification formalism, the properties of quantum dots and their use as bright sources of quantum light will be discussed. Then we will discuss how quantum wells in microcavities provide a platform for the exploration of quantum fluids of light. Syllabus - Optical processes in a two level system - Quantum description of the dielectric constant - Effect of the dimensionality - Exciton - Exciton in molecular materials / Defect centers - Introduction to the second quantification - Quantum dots - Quantum dots in cavity - Quantum wells in cavity - Cavity polaritons. Prerequisites : - Solid State Physics (M1) (or see pre-requisites courses) - Quantum physics (M1) - Electromagnetism (L3). Bibliographie : - G. Bastard “Wave mechanics applied to Semiconductor heterostructures” - PY Yu & M. Cardona: “Fundamental of semiconductors” - Y. Toyozawa: “Optical processes in Solids” - M. Fox: “Optical properties of Solids”. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Location : PALAISEAU
Nanomagnetism and spintronics	3	27
Nanomagnetism and spintronics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 27 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Pierre Seneor, Professor, Université Paris-Sud Jean-Paul Adam, CNRS Researcher, Université Paris-Sud. Procedure and organisation : Written exam. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : The objective of this course is to provide a solid background in magnetism and spin-dependent transport. The course material will range from fundamental aspects to current research in magnetic recording and novel spintronic devices based on magnetic materials. Outline: Microscopic origins of magnetism Paramagnetism, ferromagnetism, antiferromagnetism, spin waves Magnetic anisotropies Low-dimensional magnetism Experimental techniques Magnetisation dynamics Magnetic recording Spin-dependent transport (GMR, TMR…) Spin transfer torques Spin electronics and devices. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre. Location : PALAISEAU
Nanophotonique	3	20	7
Nanophotonique Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 20 Directed study : 7 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectifs : L’objectif de ce cours est de présenter les concepts et les applications de la nanophotonique. Contenu : 1. Développement de Weyl. Ondes évanescentes. Champ proche. 2. Rayonnement en électromagnétisme classique. 3. Tenseur de Green. Densité d’états 4. Plasmons 1 5. Plasmons 2 6. Microcavités, effet Purcell, nanoantennes. 7. Effet Raman, Fluorescence exaltés par nanoantennes 8. Propagation en milieux périodiques 9. Homogénéisation 10. Cristaux photoniques et gap photonique. Prerequisites : Cours d’électromagnétisme de niveau licence. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février. Location : PALAISEAU
Nonequilibrium Statistical Physics	3	18	12
Nonequilibrium Statistical Physics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 18 Directed study : 12 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectives: The course starts by reviewing equilibrium statistical physics with emphasis on fluctuations. Several approaches to non-equilibrium statistical physics are then presented : linear response theory, Langevin model, Boltzmann equation and irreversible thermodynamics. Content: Microcanonical, canonical and grand canonical ensembles Thermodynamic functions, potentials Linear response theory Fluctuation-dissipation theorem. Langevin model Boltzmann equation Transport phenomena in gases Transport phenomena in solids Introduction to irreversible thermodynamics. Prerequisites : Basic quantum mechanics. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre. Location : GIF-SUR-YVETTE
Numerical Simulation of Nanosystems	3	15		15
Numerical Simulation of Nanosystems Language(s) of instruction : FR/AN Title of educational component in English : Numerical Simulation of Nanosystems ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 15 Practical class : 15 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Hichem Dammak, Professor, CentraleSupélec Marc HAYOUN, Researcher, CEA Igor KORNEV, Professor, CentraleSupélec. Procedure and organisation : The assessment is in the form of short written test (1:30) at the end of the presentation of the theoretical part. The mini-project will be evaluated during an oral presentation and a short report that will be requested for each pair of students. This will allow students to appreciate the diversity of topics. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectives: The simulation on computer is a necessary tool of research in physics. It is considered to be a third scientific supplementary way to experimental and theoretical approaches. The purpose of this course is to introduce the most common methods in simulation: molecular dynamics and Monte Carlo methods. Outline: Modelling of interatomic interactions Configuration integral and generalized equipartition theorem. Monte Carlo Metropolis (MC) method Molecular Dynamics method and comparison with MC. Methods to derive microscopic and macroscopic properties : heat capacity, radial distribution function, diffusion coefficient, order parameters, surface energy, frequency dependence of polarisability… Examples of subjects proposed to students during supervised sessions: 1) Order-disorder transition. 2) Diffusion coefficient in argon. 3) Surface reconstruction and reordering. 4) Influence of cluster size on structural and optical properties. 5) Density of vibration states and dielectric constant in ferroelectrics. 6) Ferromagnetic et anti-ferromagnetic transition…. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier. Location : GIF-SUR-YVETTE
Optique Quantique	3	24	3
Optique Quantique Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 24 Directed study : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Christoph Westbrook, Directeur de recherche, CNRS Antoine Browaeys, Directeur de recherche, CNRS. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectifs : On cherchera à présenter des notions pour aider à comprendre ce qu'est un "photon". Partant de la quantification du champ électromagnétique, on discutera des situations ou on a absolument besoin de ce concept. On fera beaucoup référence à la littérature expérimentale pour illustrer les idées. Contenu : 1. Introduction : Rayonnement de corps noir selon Rayleigh, Planck, Einstein et Bose 2. Quantification du champ électromagnétique 3. Etats d'un champ monomode: états nombre, états cohérents, états thermiques 4. Interaction atome-champ approximation dipolaire, théorie des perturbations, processus stimulé et spontanée 5. Emission spontanée, regle d'or de Fermi, dans l'espace libre, dans une cavité. effet Purcell, l'approche de Wigner et Weisskopf 6. Théorie semiclassique de la photo détection, théorie quantique Analyse d'une séparatrice. of a beam splitter, single photon interference, the Hong-Ou-Mandel effect 7. Plus sur la théorie quantique de photodétection cas multimode, l'effet Hanbury Brown Twiss 8. Interférometrie, bruit et intrication 9. Optique quantique nonlinéaire, Application aux sources de photons uniques. Prerequisites : Mécanique quantique de base: théorie des perturbations dépendant du temps, couplage dipolaire entre un atome et un champ électromagnétique classique, notions de la matrice densité. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Location : PALAISEAU
Transport quantique	3	30
Transport quantique Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Daniel Estève, chercheur, CEA Hugues Pothier, chercheur, CEA. Procedure and organisation : Examen oral (analyse d'articles scientifiques). Objectifs pédagogiques visés : Contenu : L’objectif de ce cours est d’expliquer les concepts fondamentaux de la physique mésoscopique et du transport électronique dans les nanostructures. Les notions introduites seront illustrées par des résultats expérimentaux obtenus sur divers types de nanostructures métalliques, en particulier dans l’état supraconducteur La physique des bits quantiques supraconducteurs et leur lien avec l’information quantique sont abordés dans les derniers cours. Contenu : Notions fondamentales sur les électrons dans les solides; quasiparticules, mer de Fermi, collisions élastiques et inélastiques, cohérence de phase. Les différents régimes de transport électronique dans des structures mésoscopiques: rôle des dimensions et de la dimensionnalité, transport quantique cohérent, balistique et diffusif, canaux de transmission, quantification de la conductance. Transport quantique cohérent dans les contacts à petit nombre de canaux de transmission. Contacts quantiques ponctuels, quantification de la conductance. Bruit quantique Effet Hall quantique Supraconductivité : théorie BCS, effet Josephson, états d’Andreev Electronique à un électron, blocage de Coulomb, statique et dynamique. Optique quantique micro-onde La boîte à paires de Cooper en tant qu’atome artificiel. Bits quantiques supraconducteurs. Introduction à l’information quantique. Prerequisites : Socle de connaissances en mécanique quantique et en physique des solides. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février - Mars. Location : PALAISEAU

Subjects	ECTS	Lecture	directed study	practical class
Micro et nanodispositifs pour la biologie et le diagnostic	3	21		4
Micro et nanodispositifs pour la biologie et le diagnostic Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 21 Practical class : 4 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Bernard Bartenlian, Chargé de recherche, CNRS Jean-Philippe Guilloux, Enseignant-chercheur, Université Paris-Sud Paolo Pierobon, Chargé de recherche, Institut Curie Jean-Louis Viovy, Directeur de recherche émérite, Institut Pierre-Gilles de Gennes Claire Smadja, Professeure des universités CNU 86, Université Paris-Sud Antoine Pallandre, Professeur des universités, Université Paris-Sud Bruno Le Pioufle, Professeur des universités CNU 63, ENS Cachan Claudine Deloménie, Ingénieure de recherche, Université Paris-Sud. Procedure and organisation : Examen écrit avec documents distribués, notes personnelles de cours et TP. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Enseignement à l’interface de la physique et des sciences du vivant appliquée à la réalisation de dispositifs pour le biomédical, permettant de comprendre les recherches actuelles en biophysique à l’échelle du nanomètre centrées sur les principes physiques et biologiques de biocapteurs miniaturisables dans les labs on chip. * Biologie, biophysique et chimie de surface - Cellule, complexité dans les systèmes biologiques, biologie moléculaire, l’ADN/ARN, protéines, notion de génétique, évolution - Moteurs moléculaires abordés sous l’angle de la thermodynamique du vivant - Greffage de molécules biologiques * Micro nanodispositifs - Tri cellulaire, comptage et microfluidique - Microtechnologies appliquées à la biologie cellulaire - Biopuces optiques avec et sans marqueurs fluorescents - Nanoparticules appliquées à la biologie * Les Travaux pratiques et/ou visites de laboratoire aborderont d’une part les méthodes actuelles homologuées employées par la communauté des biologistes et d’autre part celles en cours de développement dans le contexte de la recherche. Les risques biologiques et besoins en termes d’environnement de travail seront également traités. * Les séminaires apporteront des connaissances sur les problèmes liés aux approches différentes des biologistes et physiciens dans leurs recherches. Les problèmes de bioéthiques liés à la manipulation d’objets du vivant seront abordés. De nouveaux champs comme la biologie de synthèse pourront être vus sous le prisme des nanotechnologies. Prerequisites : Connaissances de base en physique et chimie et notions de biologie niveau terminale. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Location : PALAISEAU
Microtechnology	3	30
Microtechnology Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Elisabeth Dufour-Gergam, Professor, Université Paris-Sud Bernard Bartenlian, Researcher, CNRS. Procedure and organisation : Evaluation: bibliographic synthesis about a technological key challenge. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objective: This course presents different fabrication methods of micro and nano-devices using very high technological processes. Some of these techniques are directly derived from microelectronics. For others, they concern the manufacture of MEMS, NEMS, micro and nanodevices using nanostructured material. Outline: - Introduction - Material structures - Growth technics (oxidation, CVD, PVD, MBE, …) - UV-Lithography - Etching technics - Specific processes for hybrid systems: transfer technics, advanced micromolding... - Specific growth technics for nanostructuration. Prerequisites : Basic knowledge in physics. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Octobre - Novembre - Décembre. Location : PALAISEAU
Nanoelectronics and Molecular Electronics	3	27
Nanoelectronics and Molecular Electronics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 27 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Philippe Dollfus, Research director, CNRS Arianna Filoramo, Researcher, CEA Damien Querlioz, Researcher, CNRS. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : The objectives are to acquire the basic knowledge of (i) the physics of transport in semiconductor nanodevices through different formalisms of semiclassical and quantum transport description, computational methods, and typical examples of nanodevices, (ii) the physics of transport in molecular electronics from both theoretical and experimental perspectives, including conjugate/functionalized molecules and carbon-based materials, and (iii) the possible use of nanodevices in appropriate circuit architectures through examples from neuromorphic electronics. Outline: I. Nanoelectronics - Introduction to nanoelectronics: Typical examples, the limitations of the semi-classical approach of transport -. From classical to quantum transport: Transport equations from Boltzmann to Wigner, Landauer equation, Green's functions, Computational methods, Decoherence phenomena - Nanotransistors: ballistic and quantum effects - Resonant tunneling effect and applications - Quantum dots – Coulomb blockade – Single electron devices II. Molecular electronics - Introduction to molecular electronics: an overview - Conjugate and functionalized molecules, molecular transport: Nanoparticles, synthetic molecules, DNA/RNA, transport properties - Fullerenes, carbon nanotubes, graphene devices: Principles, theory and experiments III. Nanoarchitectures and Neuromorphic electronics - Introduction to the integration of nanodevices - The neuromorphic electronics, Unsupervised learning. Prerequisites : Basic knowledge of quantum mechanics and of semiconductor device physics. Bibliographie : - M. Lundstrom, Fundamentals of Carrier Transport, Cambridge University Press, 2009 - D.K. Ferry, S.M. Goodnick and J. Bird, Transport in Nanostructures, Cambridge University Press, 2009 - D. Querlioz and P. Dollfus, The Wigner Monte Carlo Method for Nano. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février. Location : PALAISEAU
Nanomagnétisme et Spintronique	3	27
Nanomagnétisme et Spintronique Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 27 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : L’objectif de ce cours est de fournir de solides connaissances en magnétisme et en transport électronique dépendant du spin qui permettront d’ouvrir vers les applications les plus actuelles concernant l’enregistrement magnétique des disques dur jusqu’aux nouveaux circuits de la nanoélectronique intégrant des éléments magnétiques. Contenu : origine microscopique du magnétisme paramagnétisme, ferromagnétisme, antiferromagnétisme, ondes de spin Anisotropie magnétique Magnétisme aux dimensions réduites Mesures magnétiques Dynamique de l’aimantation Enregistrement magnétique Transport dépendant du spin (GMR, TMR…) Transfert de spin Electronique de spin et dispositifs. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février. Location : PALAISEAU
Nanophotonics	3	24		3
Nanophotonics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 24 Practical class : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objective: The objective of this module is to train students in the fields of nanophotonics and its applications through the study of the properties of light propagation in nanostructured environments as well as the benefits from nanostructures for optoelectronics. Outline: - Photonic integrated circuits Properties of light waves Guiding, photonic integrated circuits : building blocs Example of application : silicon photonics II - Propagation of light in nanostructured environments Photonic crystals Plasmonics Metamaterial III - Photonics active devices Nanostructures for optoelectronics (quantum well, quantum dots, nanowires). Prerequisites : Basic knowledge of electromagnetism and semiconductor device physics. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février - Mars. Location : PALAISEAU
Nanotechnologies	3	24		3
Nanotechnologies Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 24 Practical class : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Ce module porte sur les technologies permettant l’élaboration d’objets de taille nanométrique. En complément des connaissances acquises dans le module « Microtechnologies » sur les technologies classiques de microfabrication, seront approfondies ici : - les technologies récentes de nanofabrication dans l’approche descendante (« top down »), c’est à dire les lithographies de très haute résolution (Litho UV profond, EUV, RX et lithographie électronique) et les méthodes non-conventionnelles, telles que la lithographie molle et la nanoimpression (lithographie molle, fabrication de tampons en PDMS, fabrication de circuits fluidiques). - l’auto-assemblage moléculaire sur surfaces dans l’approche ascendante (« bottom-up ») avec une introduction à la physico-chimie des surfaces (auto-organisation, greffage moléculaire, etc...) - l’élaboration de nanostructures par des voies électrochimiques - l’élaboration par voies chimiques de matériaux nanostructurés intégrant des nanoobjets, comme des nanoparticules d’oxydes, des quantum dots, des nanotubes de C, etc. - l’élaboration par voies chimiques d’hétérostructures (empilement diélectrique, miroir de Bragg…). Prerequisites : Connaissances de base en physique et en matériaux. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Location : PALAISEAU
Physics and modelling of MEMS (PMEMS)	3	15	3	12
Physics and modelling of MEMS (PMEMS) Language(s) of instruction : FR/AN Title of educational component in English : Physics and modelling of MEMS ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 15 Directed study : 3 Practical class : 12 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Jérôme Juillard, Professeur, CentraleSupélec Alain Bosseboeuf, directeur de recherche, CNRS Fabien Parrain, Maître de conférences CNU 63, Université Paris-Sud Sylvia Matzen, Maître de conférences CNU 63, Université Paris-Sud. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectifs : Former les étudiants à la physique et aux techniques de simulation de dispositifs Micro (Opto)ElectroMécaniques (M(O)EMS) et nanoélectromécaniques (NEMS), incluant les structures mécaniques et les dispositifs d'actionnement/détection intégrés associés. Former les étudiants aux techniques de caractérisation et de simulation des MEMS/NEMS. Contenu : - Cours Panorama des MEMS/NEMS/MOEMS Mécanique des micro/nano structures en régime statique (contraintes, déformations) et dynamique (vibrations) Caractéristiques des micro/nano résonateurs Propriétés des matériaux et phénomènes couplés pour la détection et l'actionnement intégrés dans les micro/nano capteurs et les microactionneurs Méthodes de résolution numérique d'équations aux dérivées partielles: éléments finis, éléments frontières, méthode de Fourier - Travaux pratiques Caractérisation de structures MEMS par vibrométrie optique Modélisation éléments finis d’une structure MEMS Caractérisation d’un résonateur par des mesures électriques. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Location : PALAISEAU
Physique des composants	3	27
Physique des composants Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 27 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Procedure and organisation : Contrôle des connaissances par examen écrit. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectifs : Etude via la physique de l'état solide des matériaux utilisés pour leurs propriétés semi-conductrices. Les principes de fonctionnement des composants de base de la microélectronique seront décrits. Contenu : - Introduction, matériaux de base et réseaux cristallin - Propriétés vibratoires d'un réseau cristallin (phonons) - Structure électronique de bandes d'énergie - Niveaux d'énergie introduits par les impuretés - Densité de porteurs de charge dans un semiconducteur - Transport et phénomènes hors d'équilibre - Jonction PN, diode Schottky - Transistors bipolaires, application à l'amplification - Transistors à effet de champ, application à l'inverseur logique CMOS. Prerequisites : Connaissances de base en mécanique quantique, en physique des solides, en électronique. Bibliographie : - C. Kittel, Introduction à la physique de l'état solide (ou Wiley en langue anglaise) - P.Y. Yu, M. Cardona, Fundamentals of semiconductors, Springer - S. M. Sze, Physics of semiconductor devices, Wiley - Nanoscience : Nanotechnologies et Nanophysique, e. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Location : PALAISEAU

Subjects	ECTS	Lecture	directed study	practical class	Project
Circuit nanoarchitecture and deep learning (NARCHI)	3	16		12
Circuit nanoarchitecture and deep learning (NARCHI) Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 16 Practical class : 12 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : QUERLIOZ Damien Pedagogical team : Coordinator : Damien Querlioz, Chargé de recherche, CNRS Team : Jacques-Olivier Klein, Professeur des universités CNU 63, Université Paris-Saclay. Procedure and organisation : 16h lectures followed by 12h practical work. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectives : - Discovering the new electronic devices obtained using nanotechnologies and the associated problems linked to their use. - Studying a pre-industrial case : integration of new non-volatile memories with CMOS technology. - Studying a research case : new bio-inspired paradigms for nanodevices exploitation. Contents : nanodevices for microelectronics : - More Moore devices (FinFET and FDSOI) - Beyond CMOS devices(graphene, nanotubes/nanowires?) - More Than Moore devices (non-volatile memories, energy havesting, sensors) Focus 1 : embedded non-volatile memories (preindustrial case) - New resistive memories thanks to nanotechnologies : magnetic (MRAM), phase changing (PCM) and resistive (RRAM, CBRAM) - Standalone and embedded applications - choice of project : circuits design for non-volatile processor (recommended to M2 ICS Students) or sizing and design of memory cells (recommended to students of M2 Nanosciences without CMOS design experience) Focus 2 : bioinspired nanoelectronics (research case) - Biology as a model of extreme energetic efficiency. - Bioinspired nanoelectronics examples Practical : simulation of a neuromorphic circuit with memristors. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février - Mars. Location : ORSAY - PALAISEAU
Composants semi-conducteurs térahertz	3	22	5
Composants semi-conducteurs térahertz Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 22 Directed study : 5 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : F. Aniel (PU), A. Bousseksou (MCF), X. Checoury (PU), A.-S. Grimault-Jacquin (MC), N. Zerounian (MC). Procedure and organisation : .Le plan sommaire du cours est le suivant : •Contextes et applications •Processus physiques aux fréquences THz •Sources, détecteurs et mélangeurs électroniques directs et indirects •Sources, détecteurs et mélangeurs optiques •Les guides d’ondes THz et quasi-optique THz •Une séance de 3H sera consacrée à la présentation d’un sujet THz par des binômes d’étudiants. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : La gamme de fréquence térahertz suscite un intérêt croissant pour des applications comme par exemple la détection sécuritaire, l’analyse biologique non invasive et les réseaux locaux de télécoms ou la spectroscopie moléculaire. Les technologies à base de semi-conducteurs permettent progressivement de rendre plus compacte les sources et les détecteurs THz, par voie électronique (onde submillimétrique) et par voie optique (lointain infrarouge). Cette UE est l’occasion de présenter le contexte et l’état de l’art des innovations dans le domaine THz. Les différentes solutions technologiques qui visent à combler le « gap » THz seront abordées. Le cours sera l’occasion de passer en revue les sources (et les détecteurs) THz les plus classiques ou les plus originaux. Seront abordés les transistors à effet de champs ultra courts ou bipolaires à hétérojonction III-V et IV-IV les plus performants tout comme les diodes Schottky, les photo-commutateurs THz les diodes à effet tunnel résonant ou les lasers à cascade quantique…. Prerequisites : L'étudiant doit maîtriser les base sde la physique des semi-conducteur, de l'électromagnétiqme et des micro-ondes. Bibliographie : [1] « Optoélectronique Térahertz », Jean Louis Coutaz, EDP Sciences, 2011 [2] “Introduction to THz Wave Photonics », X.-C. Zhang, Jingzhou Xu, Springer, 2010 [3] “Plasmonics : Fundamentals ans applications », S. A. Maier, Springer, 2007. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier. Location : ORSAY
Data analysis and data science	3
Data analysis and data science Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Pierre Seneor, Professor, Université Paris-Saclay Bruno Dlubak, Researcher, CNRS. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Data analysis, mathematics, physics, computer science, statistics, machine learning. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Location : PALAISEAU
Exciton physics	3	21
Exciton physics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 21 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Procedure and organisation : 3h written exam with analysis of a scientific article (or a part of a scientific article). Objectifs pédagogiques visés : Contenu : The objective of this course is to study the excitonic effects existing in the different types of semiconductors as well as in semiconductor heterostructures. These excitonic effects are at the origin of now widely used photonic devices such as photovoltaic cells, lasers and quantum detectors. Controlling the excitonic effects is a major challenge to improve the performances of the devices and to develop new ones. • Partie I : Physics of excitons (E. Deleporte) Excitons in inorganic semiconductors Excitons in organic semiconductors Excitons in hybrid semiconductors (perovskites) Influence of the dimensionality of structures on excitonic effects: semiconductor heterostructures, 2D materials Influence of electric field Influence of magnetic field • Partie II : Photodetection (E. Deleporte, P. Bouchon) A) P-N junction (E. Deleporte) B) Photovoltaics (E. Deleporte) Silicon: principle (P-N junction), yields, limitations Organics: principle (transport layers), yields, limitations Hybrid perovskites: principle, yields, limitations Tandem solar cells: principle, yields, limitations C) Quantum photodetectors (P. Bouchon) Photoconductive detectors Quantum well detectors Avalanche detectors Noise detection Detectivity • Partie III : Photoemission (P. Bouchon) Waveguides Physics of laser oscillations Semiconductor lasers (interband and intersubbande) Nonlinear optics of quantum structures. Prerequisites : Quantum physics and basic quantum statistical physics: spin, two-level systems, time-independent perturbations, time-dependent perturbations (Fermi Golden Rule), Fermi-Dirac distribution. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Janvier - Février. Location : PALAISEAU Palaiseau
Expériences Récentes en Nanophysique	3	10	20
Expériences Récentes en Nanophysique Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 10 Directed study : 20 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Jean-Pierre Hermier, Professeur des universités CNU 30, Université Versailles Saint Quentin Yves Dumont, Professeur des universités CNU 30, Université Versailles Saint Quentin Niels Keller, Directeur de recherche, CNRS. Procedure and organisation : Contrôle des connaissances par étude d’articles. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectifs : L’objectif de ce cours est de présenter aux étudiants des expériences récentes dans le domaine de la nanophysique. A travers l’étude d’articles, plusieurs thèmes seront abordés : l’optique quantique, l’électronique à l’échelle moléculaire et le nanomagnétisme. Pour chaque article, il s’agira de dégager les concepts fondamentaux, analyser les dispositifs expérimentaux et discuter les principaux résultats obtenus. Contenu : 1. Réalisation d’une source de photons uniques à partir d’un dispositif semi-conducteur. 2. Réalisation d’une source de photons intriqués. 3. Coalescence de photons. 4. Expérience d’Hanbury Brown et Twiss dans des circuits quantiques. 5. Oscillations de Rabi et jonctions Josephson. 6. Blocage de Coulomb dans les boîtes quantiques. 7. Manipulation et lecture d’un spin unique dans les boites quantiques. 8. Confinement quantique d'électrons par transfert de charge à l'interface entre oxydes (avec polarisation de spin). 9. Cohérence quantique entre moments magnétiques atomiques. 10. Dynamique de retournement ultra-rapide de l’aimantation dans des nano-objets. Prerequisites : UE du 1er semestre de l'option Nanophysique. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Janvier - Février. Location : PALAISEAU
Microsystem design (CMEMS)	3	11.5	2	15
Microsystem design (CMEMS) Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 11.5 Directed study : 2 Practical class : 15 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Hervé Mathias, Maître de conférences CNU 63, Université Paris-Saclay Ming Zhang, Maître de conférences CNU 63, Université Paris-Saclay Jérôme Juillard, Professeur, CentraleSupélec. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectives : Training students to the techniques used in exploiting micro/nano electromechanical sensors. Modelling all the components of the measurement system up to the ADC stage in order to optimize globally the performance. Contents : Lectures : - Measurement system characteristics : sensitivity, dynamic range, linearity, resolution, linearization and calibration techniques - Equations decribing a microsystem : simplified modelling of a MEMS device (mechanical behaviour, actionnement, detection), modelling of non-idealities of associated electronics, determination of the performance (sensitivity,offset, linearity, resolution) of the whole measurement system; sensitivity analysis to size and select the system's components. - Performance comparison for different implementation of a given microsystem - Optimal design of an integrated measurement system from its specifications Practicals : - Microsystem and associated electronics design - Reduced order modelling of a microsystem using Matlab/Simulink - Finite Elements Modelling of MEMS device (ANSYS). Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Location : ORSAY
Mobile Charges in physics and chemistry	3	20	7
Mobile Charges in physics and chemistry Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 20 Directed study : 7 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Mobile charges as electrons in a solid or ions in solutions are involved in most of the systems and phenomena in physics, chemistry and biology. The study of their spatial and time distributions is therefore fundamental to understand these phenomena. The objective of this course is to give a solid background allowing to deal with practical problems involving mobile charges in physics as well as in chemistry and biology. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Janvier - Février - Mars. Location : PALAISEAU
Nanomédecine et nanotoxicologie	3	30
Nanomédecine et nanotoxicologie Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectifs : Acquérir des connaissances sur les différents types de nanoparticules utilisées pour le diagnostic et la thérapeutique. Contenu : Cette unité d'enseignement portera sur l'apport des nanoparticules pour le diagnostic, notamment l'imagerie, la thérapeutique, la nanotoxicologie des nanoparticules sera également abordée. Prerequisites : Connaissancedes notions de biologie acquises en suivant Micro et nanodispositifs pour la biologie et le diagnostic au 1er semestre du M2 Nano. Bibliographie : Les nanosciences : Tome 3, Nanobiotechnologies et nanobiologie (M. Lahmani, P. Boisseau, P. Houdy).
Nanothermics	3	15		12
Nanothermics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 15 Practical class : 12 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Bruno Palpant, professor at CentraleSupélec Ariane Deniset-Besseau, associate professor at Université Paris Sud Yann Chalopin, researcher at CNRS. Procedure and organisation : Evaluation: Depending on number of students: oral examination or written examination based on a study of recent scientific journal papers, + labwork reports. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Heat generation and propagation at the nanoscale has become a challenging issue, not only for applications (energy transport and conversion, nanoelectronics, microscopy and metrology, nanoscale chemical reactors or novel therapies against cancer), but also for the new physics it contains, due to confinement. Different aspects will be covered, during lectures and labworks devoted to formal basis, modelling approaches, recent experimental results and applications in various fields. Topics included: phonon transport in nanostructures, near-field radiative heat transfer, light-heat conversion in plasmonic nanoparticles, thermoelectricity, metrology tools, numerical modelling of heat transfers. A special emphasis is put on examples of relevant applications such as energy transport and conversion, thermophotovoltaics, nanoelectronics, microscopy and metrology, photothermal imaging or novel therapies against cancer. Lectures • Nanoscale conduction • Near field heat exchange by nanoscale radiative transfer • Localised plasmon in metal nanoparticles for efficient energy input • Optical generation and detection of heat at the nanoscale and applications • Melting point depression in nanoparticles Simulation and metrology • Molecular dynamics simulation of heat properties • Laser-induced photothermal conversion in plasmonic nanoparticles • Measurement of surface heat topography by infrared AFM • Thermal topography measurements with Scanning Thermal Microscopy. Prerequisites : Solid-state physics, optics and electromagnetism in matter, thermodynamics (L3 level). Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Janvier - Février - Mars. Location : ORSAY - GIF-SUR-YVETTE
Nonequilibrium Statistical Physics	3	18	12
Nonequilibrium Statistical Physics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 18 Directed study : 12 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectives: The course starts by reviewing equilibrium statistical physics with emphasis on fluctuations. Several approaches to non-equilibrium statistical physics are then presented : linear response theory, Langevin model, Boltzmann equation and irreversible thermodynamics. Content: Microcanonical, canonical and grand canonical ensembles Thermodynamic functions, potentials Linear response theory Fluctuation-dissipation theorem. Langevin model Boltzmann equation Transport phenomena in gases Transport phenomena in solids Introduction to irreversible thermodynamics. Prerequisites : Basic quantum mechanics. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre. Location : GIF-SUR-YVETTE
Optique Quantique	3	24	3
Optique Quantique Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 24 Directed study : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : Christoph Westbrook, Directeur de recherche, CNRS Antoine Browaeys, Directeur de recherche, CNRS. Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectifs : On cherchera à présenter des notions pour aider à comprendre ce qu'est un "photon". Partant de la quantification du champ électromagnétique, on discutera des situations ou on a absolument besoin de ce concept. On fera beaucoup référence à la littérature expérimentale pour illustrer les idées. Contenu : 1. Introduction : Rayonnement de corps noir selon Rayleigh, Planck, Einstein et Bose 2. Quantification du champ électromagnétique 3. Etats d'un champ monomode: états nombre, états cohérents, états thermiques 4. Interaction atome-champ approximation dipolaire, théorie des perturbations, processus stimulé et spontanée 5. Emission spontanée, regle d'or de Fermi, dans l'espace libre, dans une cavité. effet Purcell, l'approche de Wigner et Weisskopf 6. Théorie semiclassique de la photo détection, théorie quantique Analyse d'une séparatrice. of a beam splitter, single photon interference, the Hong-Ou-Mandel effect 7. Plus sur la théorie quantique de photodétection cas multimode, l'effet Hanbury Brown Twiss 8. Interférometrie, bruit et intrication 9. Optique quantique nonlinéaire, Application aux sources de photons uniques. Prerequisites : Mécanique quantique de base: théorie des perturbations dépendant du temps, couplage dipolaire entre un atome et un champ électromagnétique classique, notions de la matrice densité. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre. Location : PALAISEAU
Optoelectronics	3	21	3	3
Optoelectronics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 21 Directed study : 3 Practical class : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Pedagogical team : A. Bousseksou X. Checoury F. Grillot D. Morini. Procedure and organisation : Les étudiants auront six séances de cours de trois heures, avec une pause de 10 min en mi-séance. Les transparents de cours seront projetés pendant la séance avec éventuellement des explications supplémentaires sur le tableau. Une étude bibliographique sur une sélection d’articles dans le contexte du cours sera demandée. Les étudiants feront une présentation rapide des articles qu’ils ont étudiés lors d’une séance d’échange entre l’ensemble des étudiants et les enseignants. Une séance de travaux pratiques est prévue en groupe (10 étudiants maximum). Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Composants optoélectroniques pour le proche infrarouge: • Guides, cavités, réseaux de Bragg, résonateurs • Substrats et matériaux • Amplification: Principe, conception, bande passante, figure de bruit, non-linéarités • Modulation optiques:Modulation électrooptique, modulation par electro-absorption • Laser à diodes: Homojunction, heterojunction, puits quantiques, cavités, propriétés spectrales Optoélectronique pour le moyen infra-rouge • Intérêt, domaines d'applications, transition inter-sous-bandes • Laser à cascade quantique, régions actives, systèmes de matériaux, guides et cavités résonnantes • Détecteurs dans le moyen infrarouge: Principes, intérêts, réponse, courant d'obscurité, détectivité, QWIP • Technologie: Croissance, micro-nano fabrication, technologies associées Dynamique dans les lasers à semiconducteurs avancés • Dynamique des porteurs, équations de Bloch optique, théorie des réservoirs, réponses en fréquence, couplage phase-amplitude • Photonique non-linéaire: Classes de fonctionnement, variétés dynamiques, oscillations de relaxation, amortissement, espace des phases, chaos, bifurcations, injection et rétroaction optique • Applications aux dispositifs optoélectroniques avancés. Prerequisites : Les étudiants devront : • Avoir des notions de base sur la propagation des ondes électromagnétiques dans des milieux homogènes, atténuation, amplification, • Avoir des notions de base sur l’optique géométrique réflexion, réfraction optique. • Connaitre les notions de base sur les matériaux semiconducteur : structure de bande, dopage, matériaux isolants. Bibliographie : - A. Yariv, optical electronics in modern communication, - L. A. Coldren, S. W. Corzine Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits, John Wily and sons. - Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, Fundamentals of Photonics, John Wily and sons. - J. Faist, Q. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février - Mars. Location : PALAISEAU
Outstanding compounds in materials science	3
Outstanding compounds in materials science Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Décembre - Janvier - Février - Mars. Location : PALAISEAU
Project	3				30
Project Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Project : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.
Projet Recherche	3				30
Projet Recherche Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Project : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectifs : Initiation des étudiants à la recherche en laboratoire Contenu : - Intégration dans une équipe de recherche sur une thématique « nanosciences » à raison d’un jour par semaine - Recherche bibliographique sur un des sujets associés. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.
Projet Technologique	3				30
Projet Technologique Language(s) of instruction : FR ECTS : 3 Détail du volume horaire : Project : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Objectifs pédagogiques visés : Contenu : Objectifs : Etude de manière globale d’un microdispositif ou nanodispositif pour une application spécifique. Exemple : micropoutres actionnées de manière électrostatique, rotateur de polarisation optique… Contenu : - Etude bibliographique courte sur le sujet choisi - Conception, fabrication en salle blanche, caractérisation du dispositif. Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.
Thin film photovoltaics	3	30
Thin film photovoltaics Language(s) of instruction : AN ECTS : 3 Détail du volume horaire : Lecture : 30 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Janvier - Février - Mars. Location : PALAISEAU
UE libre	3
UE libre ECTS : 3 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator :

Semestre correspondant intégralement au stage.

Subjects	ECTS	Lecture	directed study	practical class	Lecture/directed study	Lecture/practical class	directed study/practical class	distance-learning course	Project	Supervised studies
Stage / Internship	24
Stage / Internship Language(s) of instruction : FR/AN Title of educational component in English : Internship ECTS : 24 Modalités d'organisation et de suivi : Coordinator : Période(s) et lieu(x) d’enseignement : Period(s) : Mars - Avril - Mai - Juin - Juillet. Location : Sans objet

Modalités de candidatures

Application period

From 15/01/2020 to 15/09/2020

Compulsory supporting documents

All transcripts of the years / semesters validated since the high school diploma at the date of application.
Curriculum EU (description of the units of education followed) of the last two years.
Curriculum Vitae.
Motivation letter.

Additional supporting documents

Certificate of English level (compulsory for non-English speakers).
Choice sheet of M2 (obligatory for the candidates registered in M1 at the University Paris-Saclay) to download on https://www.universite-paris-saclay.fr/en/admission/apply-master-programmes.
VAP file (obligatory for all persons requesting a valuation of the assets to enter the diploma).

Contact(s)

Course manager(s)

Arnaud BOURNEL - arnaud.bournel@universite-paris-saclay.fr

Admission

Application requirements

This M2 is not offered next year

Registration fees

Find out more about the registration fees