Nanophotonique des milieux complexes : nouveaux outils de modélisation vers de nouveaux phénomènes optiques

par Maxime Bertrand

Projet de thèse en Lasers, Matière et Nanosciences

Sous la direction de Philippe Lalanne et de Kevin Vynck.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Physiques et de l'Ingénieur , en partenariat avec Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (laboratoire) et de Light in Complex Nanostructures (equipe de recherche) depuis le 10-10-2017 .


  • Résumé

    Le projet NanoMiX a pour ambition d'établir une nouvelle expertise à l'interface entre la nanophotonique et l'optique mésoscopique, en s'attelant à l'étude de nanostructures complexes, à savoir plus spécifiquement des ensembles désordonnés de nanoparticules exotiques, fortement résonantes, qui interagissent entre elles efficacement via un milieu stratifié (par exemple, un empilement de couches minces supportant des modes guidés). Nous pensons que ces “empilements optiques complexes” ont un très fort potentiel scientifique et technologique grâce à la richesse de leurs propriétés optiques, provenant des nanoparticules individuelles, de leur interaction avec la géométrie et de leur interaction mutuelle via un désordre contrôlé. Le projet NanoMiX vise à : (i) Développer les outils théoriques et numériques qui permettront d'analyser ces systèmes multi-échelles dans toute leur complexité ; (ii) Développer de nouvelles connaissances et de nouveaux concepts sur les phénomènes mésoscopiques dans les empilements optiques complexes ; (iii) Apprendre à faire de l'ingénierie de nanostructures complexes pour obtenir de nouveaux effets optiques. Ce projet – très exploratoire – touche à de nombreux défis de la nanophotonique moderne et de l'optique mésoscopique, tels que le contrôle du couplage/découplage de la lumière dans les nanostructures planaires ou la formation et l'ingénierie de modes optiques localisés dans les milieux désordonnés. Au-delà de l'augmentation attendue des connaissances, les résultats obtenus pourraient avoir d'importantes répercutions technologiques, telles que l'utilisation efficace de l'énergie lumineuse dans des dispositifs photoniques (photovoltaïque, diodes électroluminescentes organiques, …), la réalisation de surfaces produisant des effets visuels nouveaux et désirés pour le design d'intérieur ou les applications en réalité augmentée/mixte, ou encore l'exaltation de l'interaction lumière-matière pour l'optique quantique ou la bio-détection.

  • Titre traduit

    Nanophotonics of complex media: new modeling tools towards new optical phenomena


  • Résumé

    The NanoMiX project has the ambition to establish a new expertise at the interface between nanophotonics and mesoscopic optics, by tackling the study of complex nanostructures, more specifically disordered ensembles of exotic, strongly resonating nanoparticles interacting efficiently between themselves via a layered substrate (e.g., thin-film stacks supporting guided modes). We believe that these “complex optical stacks” have a high scientific and technological potential thanks to the richness of their optical properties, coming from the individual nanoparticles, their interaction with the geometry and their mutual interaction via a controlled disorder. The NanoMix project aims to: (i) Develop the theoretical and numerical tools that will allow analyzing such multi-scale systems in their whole complexity; (ii) Develop new knowledge and concepts on mesoscopic phenomena in complex optical stacks; (iii) Learn engineering complex nanostructures to obtain new optical effects. This project – very exploratory – goes into many challenges of modern nanophotonics and mesoscopic optics, such as the control of light coupling/decoupling in planar nanostructures or the formation and engineering of localized optical modes in disordered media. Beyond the expected increase of knowledge, the obtained results could have important outcomes on technologies, such as the efficient use of light energy in photonic devices (photovoltaics, organic LEDs, …), the realization of surfaces producing new, targeted visual effects for interior design or augmented/mixed reality applications, or the enhancement of light-matter interaction for quantum optics or bio-sensing.