Sa thèse, intitulée "Matériaux photoniques à base de polymères pour l'optique des neutrons froids", a été développée sur l'instrument PF2 de l'ILL, au sein du groupe de Physique Nucléaire et des Particules, et supervisée par Martin Fally et Jürgen Klepp de l'Université de Vienne, et Tobias Jenke de l'ILL.
Dans ses travaux, Elhoucine a étudié la diffraction de neutrons lents, dits "ultra-froids" , sur des réseaux holographiques dans le but de développer et d'optimiser de nouveaux éléments optiques pour les neutrons. Grâce à ses recherches, la mise en place d'un dispositif d'interférométrie neutronique de deuxième génération utilisant des neutrons ultra-froids devient techniquement réalisable et est prévue comme une étape importante du programme scientifique sur PF2 en 2025. Le dispositif de première génération avait été mis en place par A. Zeilinger et son groupe sur PF2 dans les années 1990.
