Couplage fort entre plasmons et excitons

par Linsai Chen

Projet de thèse en Nanophysique

Sous la direction de Elizabeth Boer-duchemin et de Eric Le moal.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Ondes et Matière , en partenariat avec Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (laboratoire) , Nanosciences moléculaires (equipe de recherche) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-09-2020 .


  • Résumé

    Dans une liaison chimique, deux atomes échangent des électrons pour former des états moléculaires qui ont des propriétés et des énergies différentes de celles des états des atomes non-liés. D'une manière analogue, une nanostructure métallique et un nanocristal de semiconducteur peuvent interagir par l'échange de photons, pour former des états « hybrides » différents des plasmons de surface et des excitons qui sont leurs modes propres. Un plasmon de surface est une oscillation collective des électrons d'un métal couplée à une onde électromagnétique. Un exciton est une paire électron-trou délocalisée créée lorsqu'un matériau semiconducteur est excité, par exemple, par un laser. Le couplage fort entre plasmon et exciton produit des nouveaux états de lumière et matière avec des propriétés novatrices (par exemple, une cohérence plus élevée). L'objectif de cette thèse est le couplage fort entre plasmons et excitons. Les échantillons seront excités soit optiquement, soit par un courant électrique. Pendant cette thèse, l'étudiant étudiera les propriétés de structures hybride plasmon-exciton. L'étudiant se formera à (i) la microscopie à force atomique (ii) l'excitation optique (avec un laser) et la microscopie optique (pour l'excitation et la détection de la lumière émise des structures) et (iii) la microscopie à effet tunnel (pour l'excitation électrique).

  • Titre traduit

    The hybridization of surface plasmons and excitons


  • Résumé

    Just as individual atoms can exchange electrons and thus create “hybridized” molecular states of different energies, a surface plasmon and a semiconductor nanocrystal can create new states of matter by exchanging photons. A surface plasmon is an electromagnetic wave coupled to a collective oscillation of the free electrons in a metal. On the other hand, when a semiconducting nanocrystal is excited (e.g., with a laser), a delocalized electron-hole pair known as an exciton is created. It is the strong coupling of these two entities (plasmon and exciton) that is expected to lead to new electronic states of light and matter exhibiting new properties such as enhanced coherence. The goal of this thesis is to study the strong coupling of plasmons and excitons. The excitons will be created in semiconductor nanocrystals (e.g., CdSe) which are located in close proximity to different plasmonic nanostructures. Different geometries will be considered, including bow-tie antennas, particle dimers and nanocrystal-filled nanotubes (see Figure). The samples will be studied both optically using laser excitation and electrically using the local excitation from a scanning tunnelling microscope. During this thesis, the student will investigate the electrical and optical excitation of the hybrid plasmon-exciton nanostructure. The student will acquire experience in (i) atomic force microscopy (imaging and manipulation of the gold plasmonic structures) (ii) optical excitation (i.e., laser) and optical microscopy (for the optical excitation and detection of the light emitted from the nanosource) and (iii) scanning tunneling microscopy (for the electrical excitation).