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ACI “ JEUNES CHERCHEUSES et JEUNES CHERCHEURS ” 2003 RENSEIGNEMENTS ADMINISTRATIFS (1/2) Titre du projet : Electroluminescence et Nano-structuration d’Organiques pour des Lasers Bleus, et Ablation Laser de leur Cavité : ENOLBALC Alexis FISCHER Responsable du projet : Secteur(s) scientifique(s) de rattachement (voir fiche annexe) : - principal 8 - Sciences pour l’Ingénieur - secondaire (dans le cas de projets interdisciplinaires) : 2 - Physique 4 – Chimie _________________________________________________________________ Responsable du projet : Mr - Mr ou Mme : Prénom : Alexis Nom : FISCHER 16 décembre 1969 - Date de naissance : - Emploi actuel et date de nomination dans cet emploi : Maître de Conférence (Sept. 1999) IUT de Villetaneuse – Université de Paris XIII - Etablissement : - Laboratoire ou équipe : Laboratoire de Physique des Lasers, UMR 7538, Equipe OCR (D. Bloch) - Directeur : C. CHARDONNET Laboratoire de Physique des Lasers, UMR 7538, 99, Av. J.B. CLEMENT 93430 VILLETANEUSE 01 49 40 38 51 - Télécopie : 01 49 40 32 00 - Adresse complète : - Téléphone : - Adresse électronique : [email protected] Laboratoires ou équipes partenaires éventuels (extérieurs aux membres de l’équipe impliquée dans le projet) : Université de Paris 13 - Laboratoire de Physique des Lasers (LPL)- Equipe VUV : Université de Paris 13 - Laboratoire des Biomatériaux et des Polymères de Spécialités (LBPS). Equipe Polymères fonctionnels actifs et systèmes aux interfaces. Commissariat a l’énergie Atomique – LIST. (Laboratoire d’Intégration des systèmes et de technologie). Equipe composants organiques fonctionnels. Aide demandée (TTC) : 43 k€/an (incluant un recrutement de jeune scientifique pendant 2 ans) puis 25k€ la dernière année. PROPOSITION ACI “ JEUNES CHERCHEUSES et JEUNES CHERCHEURS ” 2003 RENSEIGNEMENTS ADMINISTRATIFS (2/2) Titre du projet : Electroluminescence et Nano-structuration d’Organiques pour des Lasers Bleus, et Ablation Laser de leur Cavité : ENOLBALC Responsable du projet : Alexis FISCHER Secteur(s) scientifique(s) de rattachement (voir fiche annexe) : - principal 8 - Sciences pour l’Ingénieur - secondaire (dans le cas de projets interdisciplinaires) : 2 - Physique 4 – Chimie ___________________________________________________________________ Constitution du noyau de l’équipe impliquée dans le projet : Nom Laboratoire Prénom ou équipe de rattachement LPL – OCR MCF IUT Villetaneuse Sept. 99 FISCHER Alexis GUEGUEN Virginie LBPS CASTEX MarieClaude Alain SIOVE Emploi actuel Date de nomination dans cet emploi MCF Oct. 02 LPL – VUV DR CNRS LBPS DR CNRS % du A temps de ge recherche consacré au projet 34 100% 38 25% 25% Jan. 79 Signature du responsable du projet : Visa du directeur du laboratoire de rattachement du responsable du projet : 55 25% PROPOSITION ACI “ JEUNES CHERCHEUSES et JEUNES CHERCHEURS ” 2003 RENSEIGNEMENTS SCIENTIFIQUES (1/2) Titre du projet : Electroluminescence et Nano-structuration d’Organiques pour des Lasers Bleus, et Ablation Laser de leur Cavité : ENOLBALC Responsable du projet : Alexis FISCHER Secteur(s) scientifique(s) de rattachement (voir fiche annexe) : - principal 8 - Sciences pour l’Ingénieur - secondaire (dans le cas de projets interdisciplinaires) : 2 - Physique 4 – Chimie ___________________________________________________________________ Bref CV (2 pages) du responsable du projet, comprenant une sélection de ses publications significatives (depuis le 01/01/97, maximum 10) : ARTICLES Articles: M.C. Castex, C. Olivero, A. Fischer, S. Mousel, J. Michelon, D. Ades and A. Siove, "Polycarbazole microcavities : towards plastic blue lasers", Appl. Surf. Sci. 197-198 (2002) 822-825 M.C. Castex, A. Fischer, D. Simeonov, D. Ades and A. Siove, "Réalisation de réseaux sur polymères par laser UV", J. Phys. IV (2003) à paraître M.C. Castex, A. Fischer, D. Ades and A. Siove,"Nanostructurations photoniques pour des micro-lasers bleus à base de carbazole", Club Nanotechnologie Yousefi M., Lenstra D.,Vemuri G., Fischer A., "Experimental results on nonlinear dynamics of a semiconductor laser with filtered optical feedback", to be submitted to Optics. Lett. Failache H. Saltiel S., Fischer A., Bloch D. Ducloy M. "Resonant quenching of Gas-Phase Cs Atom induced by surface –Polariton" Phys. Rev. Lett. Accepted. 2002 Yousefi M., Lenstra D.,Vemuri G., Fischer A., "Control of nonlinear dynamics of a semiconductor laser with filtered optical feedback", IEE Proc.-Optoelectron., Vol. 148, No 5/6, 233-237, (2001). A.P.A. Fischer, O.K. Andersen, M. Youssefi, S. Stolte, D. Lenstra " Experimental and Theoretical Study of Filtered Optical Feedback in a Semiconductor Laser" IEEE J. Of QUANTUM ELECTRON., VOL. 36, NO. 3, March 2000, pp 375-384. A.Fischer, J.P.Goedgebuer. "Signal routing by wavelength switching " OPTICS LETTERS. June 1999. O. Andersen, A.Fischer, I. Lane, E. Louvergnaux, S. Stolte, D. Lenstra "Experimental stability diagram of a diode laser subject to weak phase conjugate feedback from a rubidium vapor cell" IEEE J. OF QUANTUM ELECTRON., VOL. 35, NO. 4, APRIL 1999 PP577-582 Alexis FISCHER précédemment avec né à Lyon, le 16 décembre 1969 V r i j e U n i v e r s i t e i t - Faculty of Sciences – Quantum Electronics group. 2, place de l’église De Boelelaan 1083 - 1081 HV Amsterdam - The Netherlands 95230 Soisy /s Montmorency- FRANCE Tel : +31 (0)20 44 47 855- Fax +31 (0)20 44 47 999 tel : 06 13 69 19 69 Laboratoire de Physique des Lasers-UMR CNRS 7538 IUT GTR Villetaneuse –Université de Paris XIII 99, Av. JB Clement – 93430 Villetaneuse-France tel : 01 49 40 3082 ou 3851 - fax 01 49 40 20 16 précédemment avec Laboratoire d'Optique P.M. Duffieux UMR CNRS6603 Université de Franche Comté La bouloie - 25030 Besançon cedex Fax : 33 (0)3.81.66.64.23 MOTS CLEF: Electroluminescence, OLED, laser bleu, laser polymère, matériaux organiques , Ablation laser, nano-structuration, réseaux photoniques, Diode laser accordable - DFB - éléments non linéaires en longueur d'onde. Bistabilité and multistabilité en longueur d'onde - hysteresis - Routage et Commutation en longueur d'onde - Laser Semiconducteur à cavité externe. Injection locking - Verrouillage en longueur d'onde - Composants tout Optiques - Chaos en longueur d'onde – Phase conjugate feedback- Dynamique des lasers semi-conducteurs- WDM – PDH – SDH – EDUCATION 99-03: Maître de Conférence (titulaire). IUT –GTR. Université de Paris 13. 98-99: Postdoctorant : Vrije Universiteit. Amsterdam. Theoretical Physics Group. 94-98: Doctorat : Laboratoire d'optique P.M. Duffieux. Université de Franche Comté. Boursier BDI CNRS 93-94: Service National 92-93: DEA :Acousto-Opto-électronique. Mention Bien. UFC. 90-92: MST AEI Maîtrise Sciences et Techniques : Automatisme et Electronique industriels. Mention AB. UFC RECHERCHE « OLED et électroluminescence de molécules organiques, vers des Lasers Bleus » :20002-2003 Collaboration Université Paris 13-LPL et CEA LIST/COF "Etude expérimentale de l'électroluminescence de molécules organiques (Cz)- Vers de nouvelles structures" lasers". Laboratoire de Physique des Lasers. Equipe VUV . MC Castex Université Paris 13.99-02. "Etude expérimentale interaction atome-surface" Laboratoire de Physique des Lasers. Université Paris 13. Equipe OCR. D Bloch. "Etude expérimentale du comportement dynamique des diodes lasers soumises à une contre-réaction optique filtrée spectralement". Laboratoire de physique théorique de l’Université Libre d’Amsterdam. Pays-Bas.99 " Etude expérimentale du comportement dynamique des diodes lasers soumises à une contre-réaction optique à conjugaison de phase". Laboratoire de physique théorique de l’Université Libre d’Amsterdam. Pays-Bas.98 "Commutation en longueur d'onde de diodes lasers accordables par multistabilité optique". UFC - Laboratoire d'optique P.M. Duffieux - THESE 94-97 - Directeur de recherche : Prof. J.P. GOEDGEBUER - Applications aux télécommunications optiques. Thèse effectuée dans le cadre d'un contrat CNET. Bourse CNET-Région 94-96. "Bistabilité et multistabilité en longueur d'onde pour diodes lasers DFB accordables ". Recherche de DEA - Janvier à Juin 93 . Directeur de recherche Professeur J.P. Goedgebuer . ENSEIGNEMENT 1999-2003: Enseignement département IUT GTR- Université de Paris 13-(~300h/an) 19 Décembre 200. Membre d'un jury de Thèse. Ole Andersen. «Vrije Universiteit» Amsterdam. Avril 98-Septembre 99 : Encadrement à temps plein d’une thése à la «Vrije Universiteit» Amsterdam. Administratif 2000-2002 : Membre du Conseil de Départment et de la commission Ressources Informatiques et Technologiques IUT GTR 1999-2002 : Membre du conseil de departement GTR de l'IUT de l'université de Paris 13. Responsabilité de deux programmes de recherche – Définition des programmes – Demande de subvention –Négociation et Achat de matériel de laboratoire (200 kF) - Laboratoire de physique théorique Vrije Universiteit Amsterdam. 98-99. PROPOSITION ACI “ JEUNES CHERCHEUSES et JEUNES CHERCHEURS ” 2003 RENSEIGNEMENTS SCIENTIFIQUES (2/2) Titre du projet : Electroluminescence et Nano-structuration d’Organiques pour des Lasers Bleus, et Ablation Laser de leur Cavité : ENOLBALC Responsable du projet : Alexis FISCHER Secteur(s) scientifique(s) de rattachement (voir fiche annexe) : - principal 8 - Sciences pour l’Ingénieur - secondaire (dans le cas de projets interdisciplinaires) : 2 - Physique 4 – Chimie ___________________________________________________________________ Présenter, en quelques lignes, en quoi le soutien à ce projet sera de nature à favoriser l’autonomie du responsable du projet et de son équipe : L’actuel équipe de travail est en mesure de produire des résultats grâce à une collaboration active principalement entre l’équipe OCR du laboratoire de physiques des lasers de l’Université de Paris13 d’une part, et l’équipe COF du LIST du CEA d’autre part. Cette collaboration repose plus particulièrement sur des expérience d’électroluminescence réalisé conjointement par A. FISCHER du LPL/UP13 et B. Geffroy du LIST/CEA sur le site même du CEA. Bien qu’intitulé « Dispositifs électroluminescent et micro lasers plastiques bleus » cette collaboration est principalement centrée sur l’électroluminescence des matériaux organiques par réalisation d’OLED. La réalisation de lasers organiques pompés électrique intéresse plus particulièrement le LPL/UP13. Au terme de la collaboration avec le CEA, va se poser la question de la possibilité de continuer le présent projet. Le soutien demandé ici devra donc permettre à l’équipe naissante, les points suivants : 1/ Réalisation sur le site du LPL/UP13 des opérations de caractérisations des matériaux et de réalisation de structures types OLED préliminaires et indispensable à la réalisation d’un laser organique. 2/Mise en place sur le site du LPL/UP13 d’outils spécifiques tel que, l’évaporation de matériaux sous vide et d’ablation laser simultanée pour obtenir la nano-structuration du laser organique sans passage à l’air, caractérisation physico-chimique des nanostructures et du vieillissement des matériaux organiques sous l’effet d’UV, mesure de gain optique différentiel d’une OLED. 3/ Concentration de savoirs-faire au sein d’une même équipe interdisciplinaire autonome. 4/ A noter que sans le soutien à ce projet, les recherches sur ce thème se verraient confrontées dans une échéance de 1 à 2 ans au manque d’échantillons et d’outils nécessaire à la poursuite du projet laser organiques. 5/A noter que si la demande de soutien est acceptée les outils spécifiques mis en place permettront à moyen terme (2 à 5 ans) d’envisager d’étendre le sujet à la réalisation de réseaux photoniques 2D voire 3D. Description résumée du projet : Indiquer, en deux pages maximum (Times 12 et interligne 1,5 par exemple) les objectifs scientifiques du programme, en faisant ressortir le caractère innovant du projet et en le situant dans le contexte national et international (on pourra citer un maximum de 5 références bibliographiques sur le sujet). Les partenaires Le projet est une extension d’une collaboration interdisciplinaire déjà existante entre 3 équipes de 2 Laboratoires de l'Institut Galilée , situées en Physique (sections 04 et 08 du Département SPM du CNRS) et en Chimie (section 15 du Département SC du CNRS), et l’équipe COF du LIST du CEA saclay. Cette collaboration a montré son efficacité en réalisant très récemment des OLEDs bleues. Un article est en cours de préparation. Le groupe "Polymères pour l'optoélectronique" dirigé par Alain Siove (DR) au Laboratoire de Bio matériaux et polymères Spécifique (UMR 7540, Dir. D. Muller) s'est spécialisé dans la synthèse des polycarbazoles et de composés dérivés (1-3), qui sont des matériaux organiques présentant une luminescence de fort rendement. Il a été récemment montré que ces matériaux sont les meilleurs candidats polymères jusqu’alors synthétisés pour les diodes électroluminescentes à lumière bleue, couleur particulièrement difficile à obtenir à partir de polymères organiques (4). Les polymères à base de carbazole se sont en effet révélés être d’excellents transporteurs de trous et d’électrons tout à la fois, permettant une recombinaison radiative efficace (deux brevets d'invention sur ces matériaux ont été déposés en Octobre 1999, réf. 2-3). Par ailleurs, toutes les couleurs du spectre ont été dernièrement obtenues grâce à une ingénierie macromoléculaire permettant toutes les combinaisons pour l’affichage électronique couleur. Au Laboratoire de Physique des Lasers (UMR 7538, Dir. C. Chardonnet), l'équipe "nanophotochimie par laser VUV" dirigée par Marie-Claude Castex (DR) qui a développé une source VUV à 10 eV (5), a acquis une pratique de gravure sur polymère (6), susceptible d'aboutir à l'inscription de réseau de Bragg. L'équipe "Optique Cohérente à Résonance" de Daniel Bloch et Martial Ducloy (DRs, LPL) étudie les propriétés optiques et quantiques des systèmes confinés (QED en cavité) (7), et contribue régulièrement aux développements des techniques lasers (8,9), notamment par rétroaction optique (d'origine atomique, ou plus récemment par microsphères)(10). Le savoir faire de cette équipe en matière de caractérisation d’un milieu ou d’une interface, peuvent être réutilisés et appliqués à la mesure de gain d’émission stimulée dans une structure type OLED candidate pour une émission laser. Le contexte et les enjeux L'enjeu de l'utilisation des propriétés optiques des matériaux polymères est considérable. Pour schématiser, ils associent les propriétés optiques de molécules organiques telles que les colorants, à la plasticité des polymères. Cette possibilité de réaliser "à façon" une grande variété de dépôt du polymère (film solide, poudres, solutions, ...) offre une souplesse considérable. On peut notamment imaginer que les polymères pour l'optique prennent une place aussi importante que les matériaux à semi-conducteurs en optoélectronique, avec un coût et une simplicité de fabrication sans commune mesure avec les lourdes technologies liées à la préparation épitaxiale sous ultra-vide. Par ailleurs, la réalisation de lasers miniatures s’inscrit dans la nouvelle stratégie de développement des nano-technologies. Il reste cependant de grands pas à franchir pour rattraper le degré de sophistication des matériaux à semi-conducteurs. Les groupes internationaux les plus en pointe développent diverses techniques de cavité pour obtenir, à partir de la luminescence très large bande des polymères, une émission cohérente (émission laser, ou éventuellement émission non linéaire). En particulier, les toutes dernières années ont vu l'éclosion de diverses techniques très originales de rétroaction optique, utilisant souvent une diffusion incohérente ou désordonnée (microbilles, micro- ou nano-cristaux, voire "opales" à bande photonique). Sont ainsi réalisées des "cavités lasers" très particulières, intéressantes pour elles-mêmes, et qui permettent des intensités de pompage très faibles. Sur le plan national, il ne semble pas que la thématique "émission laser dans les polymères" soit effectivement active mis à part le GDR.(xxxxxxxxxxx) Le choix particulier des polycarbazoles s’est avéré pertinent : d’une part, à cause de leur grande facilité de mise en œuvre à l’état de film et d’autre part, en raison de leur très fort rendement de luminescence, pouvant aller jusqu’à la région bleue du spectre. Ils sont également électroluminescents (fonctionnalité optique adressable par un simple pompage électrique), et n'ont jusqu'ici été que très peu étudiés par rapport aux polymères traditionnels que sont le poly( p-phenylenevinylene) (PPV) et ses dérivés. En outre, le choix des polycarbazoles est prometteur car la collaboration entre les groupes de A. Siove et de M.C. Castex a, d’ores et déjà, permis de selectionner par ingénierie macromoléculaire, toute une gamme de nouveaux matériaux capables de produire toutes les couleurs du spectre optique et de mettre en évidence, par les expériences lasers, un rétrécissement spectral à partir de poudres orientées en tube capillaire (10). Objectifs scientifiques et programme de travail L'essence du projet consiste à poursuivre le travail exploratoire en cours puis à définir expérimentalement les cavités optiques les plus favorables pour obtenir l'émission cohérente dans un système à polycarbazole pompé optiquement, afin d'aller vers des lasers miniatures à haut rendement et à comprendre les mécanismes fondamentaux (déplacement de longueur d'onde, modification de durée de vie, ...) associés aux dimensions particulières des microcavités. Ce projet, fortement pluridisciplinaire, allie des défis technologiques avec un besoin de compréhension fondamentale des systèmes qui seront réalisés. Au plan de la chimie des polymères, le programme de travail au long de ces quatre années passera tout d’abord (les deux premières années) par la synthèse de nouveaux composés modèles des motifs de répétition des polymères et/ou par la modification de composés qui ont déjà été obtenus et dont les propriétés de luminescence sont connues. Ceci aura pour but, tout d’abord, de sélectionner les candidats les plus luminescents et donc les plus performants pour l’élaboration des structures macromoléculaires les plus appropriées, et ensuite de permettre une mise en forme des matériaux à l’état de couches minces par simple évaporation thermique. A partir de ces films pourront ainsi être fabriquées, aisément et rapidement, des micro-cavités modèles. Dans une deuxième étape, sur la base des résultats obtenus, des choix et des options retenus, seront élaborés et purifiés des polymères qui seront caractérisés au plan structural, macromoléculaire, opto-électronique et thermo-mécanique. Ces polymères qui seront mis en forme par spin-coating doivent permettre d’allier les propriétés optiques des luminophores et thermo-mécanique des matières plastiques. Au plan de la physique des lasers, nous rechercherons dans un premier temps à obtenir une émission stimulée dans le cas le plus simple d'une cavité guide d'onde planaire. Les cavités envisagées sont globalement de très petite taille avec au moins une dimension comparable à (où faibles énergies. La réalisation pratique de ces cavités, la caractérisation des systèmes ainsi constitués, constituent les objectifs essentiels de l'action, qui pourra être étendue par la suite à la mise au point de cavités à diffusion incohérente adaptées, et à l'optimisation des propriétés d'optique non linéaire du matériau (par exemple par une structuration appropriée, en vue d'un quasi accord de phase). Plus spécifiquement, seront développées par l'équipe VUV des microcavités planaires, fabriquées par irradiation laser VUV avec gravure de réseaux de surface profondément modulés et de pas sub-micronique. Le but est alors de pouvoir disposer de micro-cavité à la fois guide d’onde et à contre-réaction répartie pour étudier les effets de confinement bidimensionnel sur la luminescence. Du côté de l'équipe OCR, on étudiera en particulier la possibilité de réaliser un pompage optique du polymère par une onde évanescente, à partir d'une déposition de film sur prisme, sur fibre optique, et même sur des microsphères de silice (excitation par modes de galerie, par analogie avec les oscillations observées dans les microgouttes de colorant). Les études pourront être réalisées aussi bien dans le domaine impulsionnel (équipe VUV) qu'avec des sources continues (équipe OCR). Publications [1] "The role of carbazole in organic light -emitting diodes", D.B. Romero, M. Schaer, M. Leclerc, D. Adès, A. Siove, L. Zuppiroli, Synth. Met. 80, 271-277, (1996) [2] "Copolymères alternés à base de bicarbazyle, leur procédé de préparation et leurs utilisations", V. Boucard, D. Adès, A. Siove, Demande de brevet français n° 99 13235 du 22/10/99 (GIP-TS) [3] "Préparations purifiées comprenant des homopolymères à base de bicarbazyle, leur procédé d'obtention et leurs utilisations", E. Cloutet, D. Adès, A. Siove, Demande de brevet français n° 99 13236 du 22/10/99 (GIP-TS) [4] "Blue organic LEDs based on bicarbazyl derivatives : device stability and multilayer configuration", W.S. Bacsa, M. Schaer, L. Zuppiroli, D. Adès, A. Siove, J. Appl. Phys. 84, 10, 5733-5738 (1998) [5] "A very convenient setup to generate intense VUV coherent light at 125 nm with use of nonlinear effects in mercury vapor at room temperature", L. Museur, W.Q. Zheng, A. Kanaev and M.C. Castex, IEEE Sel.Top QE 1, 900-907 (1995) [6] "Effective absorption coefficient measurements in PMMA and PTFE by clean ablation process with a coherent VUV source at 125 nm", D. Riedel and M.C Castex, Appl. Phys. A, 69, 375 (1999) [7] "Quantum Optics of Confined Systems", publié sous la direction de M. Ducloy and D. Bloch, Kluwer, Dordrecht 1996 (NATO ASI Series E : Applied Sciences , vol. 314) [8] "Nearly all-optical frequency-locking of a Laser Diode on the 120 KHz intercombination line of Ba", R. Loe-Mie, A.V. Papoyan, A. M. Akulshin, A. Lezama, J.R. Rios Leite , O. Lopez, D. Bloch and M. Ducloy, Optics Communications, 139, 55-59 (1997) [9] "Resonant van der Waals repulsion between excited Cs atoms and sapphire surface", H. Failache, S. Saltiel, M. Fichet, D. Bloch and M. Ducloy, Phys. Rev. Lett., 83, 5467 (1999) [10] "Photoluminescence of donor-acceptor carbazole-based molecules in amorphous and powder forms", D. Adès, V. Boucard, E. Cloutet, A. Siove, C. Olivero, M.C. Castex, G. Pichler, J. Appl. Phys. (à paraître mai 2000) [11] “Effect of coumarin on blue light-emitting diodes based on carbazol polymers” E. Gautier-Thianche, C. Sentein, A. Lorin, C. Denis, P. Raymond and J.M. Nunzi, J. Appl. Phys., 83, 4236 (1998) Demande financière : Donner une estimation budgétaire (TTC) par rubrique : fonctionnement, vacations, missions, équipement (en identifiant les matériels correspondant si la demande financière est importante) et CDD (en précisant la nature du poste et la durée demandée, le montant correspondant devant comprendre les charges et la TVA). Fonctionnement ( petits matériels et matériaux organiques) : 5k€/an Vacations : 1,5k€/an Missions : (Conférence et frais de déplacement collaboration) 2k€/an Equipement : (Lasers, jouvence cloche à dépôt sous vide, caractérisation M-Lines 20k€/an CDD : (Recrutement postdoc. ou thésard) 15k€/an pendant 2 ans
