Nanoantennas plasmoniques

Plasmonic Nanoantennas

• Auteur / Autrice : Jiyong Wang
• Direction : Pierre-Michel Adam, Dai Zhang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 21/09/2017
• Etablissement(s) : Troyes en cotutelle avec Eberhard-Karls-Universität (Tübingen, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Organisme gouvernemental étranger : CSC (China Scholarship Council)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Pierre-François Brevet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Michel Adam, Dai Zhang, Pierre-François Brevet, Dietrich Zahn, Rodolfo Jalabert, Alfred Meixner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dietrich Zahn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique non linéaire

Photoluminescence

Génération de second harmonique

Nanoparticules

Plasmons

Mots clés libres

Plasmons

Nanoparticules

Génération de second harmonique

Photoluminescence

Optique non linéaire

Plasmons (Physics)

Nanoparticles

Second harmonic generation

Photoluminescence

Nonlinear optics

Résumé

Les réponses optiques linéaires et non linéaires de nanoparticules (NPs) plasmoniques fabriquées lithographiquement sont étudiées. La diffusion élastique donne une empreinte digitale des plasmons de surface des NPs, ces derniers exaltant les signaux optiques non linéaires. La dépendance en polarisation de la génération de seconde harmonique (SHG) montre un effet de basculement, qui est analysé à partir des décalages spectraux entre l’excitation et les resonances et des effets d'interférence de SHG. En régime de faible excitation, en plus d'un processus de recombinaison de paires électron-trou (e-h), les plasmons de particules (PPs) peuvent être excités par diffusion Auger avec une décroissance radiative donnant lieu à une photoluminescence métallique (MPL). Un modèle de l'efficacité quantique totale des émissions impliquant les deux contributions a été établi. En régime de forte excitation, une avalanche de photoluminescence multiphotonique (AMPL) est observée sur des hétérodimères couplés. Elle est interprétée par une recombinaison des porteurs chauds excités par ionisation multiphotonique (MI). Ce processus est assisté par le champ local des NPs. L'avalanche d’émission peut être évaluée en fonction de l'environnement du champ local et du facteur thermique des porteurs chauds. Le changement spectral du spectre d’émission indique une émission spontanée de paires e-h chaudes s'expliquant par une diminution du taux de diffusion des trous de la bande d lorsque la température augmente

Linear and nonlinear optical responses of lithographically fabricated plasmonic nanoparticles (NPs) are investigated. Elastic scattering offers the fingerprints for localized surface plasmon resonances of NPs, which enhance nonlinear optical signals. Excitation polarization dependent far-field radiation of second-harmonic generation (SHG) shows a flipping effect, which is analysed from the aspects of resonant excitation shifting and SH phase interference as size changes. The radiations of metallic photoluminescence (MPL) in the weak and strong radiation field are studied sequentially. In the weak excitation, besides a process via electron-hole (e-h) pair recombination, particle plasmons (PPs) can be excited via Auger scattering of photo-excited d-band holes and the radiative decay of which gives rise to PPs modulated MPL. A model of total emission quantum efficiency involving both contributions has been used to explain MPL radiation difference between the bulk and the NPs. In the strong excitation, avalanche multiphoton PL (AMPL) is observed from the coupled heterodimers, which is interpreted as the recombination of avalanche ionized hot carriers seeded by multiphoton ionization (MI). MI is greatly assisted by local field of coupled NPs at the excitation stage. The giant photon emission can be evaluated as a function of local field environment and thermal factor of hot carriers. The spectral change from PPs modulated profile to the one indicates spontaneous emission of hot e-h pairs is explained by the diminishment of d-band hole scattering rate as temperature increases