Simulation multi-échelles pour l’ingénierie et la caractérisation des matériaux et dispositifs quantiques

Publié le : 14 mars 2021

Les dispositifs quantiques ouvrent des perspectives inédites pour le traitement de l’information. Le CEA développe, en particulier, des bits quantiques silicium. Dans ce domaine novateur, l’exploration systématique des nombreuses options possibles est prohibitive. Les défis posés par les technologies quantiques ne peuvent donc être relevés sans la simulation numérique avancée.

Le CEA dispose d’un code multi-physique HPC, TB_Sim, pour la modélisation des dispositifs quantiques des échelles nano- à mésoscopique. Toutefois, la simulation fait face à des verrous qui ne lui permettent pas aujourd’hui d’être suffisamment prédictive sur ces dispositifs.

L’un des plus importants verrous, est la description des surfaces, interfaces et défauts, qui jouent un rôle essentiel dans la physique du couplage spin-orbite et des « vallées » du silicium. Cette thèse vise à introduire les approches atomistiques « ab initio » dans la chaîne de simulation multi-échelles pour le quantique. Le/La candidat(e) se focalisera sur les interfaces du silicium avec ses matériaux d’encapsulation (SiGe, SiO2, …) et sur les défauts à ces interfaces (amorphisation, défauts Pb, …). Il/Elle veillera notamment à l’articulation des méthodes ab initio avec la description des échelles nano- et mésoscopiques. L’objectif ambitieux de cette thèse est d’intégrer pleinement la simulation numérique à toutes les étapes de la conception, fabrication et caractérisation des dispositifs, en lui permettant d’être suffisamment prédictive même en terrain inconnu. Des expériences numériques seront menées à cet effet aussi bien en amont qu’au cours de la caractérisation afin de confronter les résultats de simulation à la réalité, appuyer l’analyse des données en fournissant les « pièces manquantes du puzzle » qui ne peuvent être mesurées directement, et assurer le retour d’expérience vers la conception. Ces travaux seront effectués dans le cadre d’une collaboration étroite entre le CEA-Leti (méthodes ab initio) et l’IRIG (code TB_Sim).

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