Propagation de la lumière dans les multicouches plasmoniques

Propagation of light in Plasmonic multilayers

• Auteur / Autrice : Rabih Ajib
• Direction : Antoine Moreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 12/05/2017
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique de Clermont
• Jury : Président / Présidente : Thierry Taliercio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amélie Litman, Ziad Ajaltouni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Taliercio, Amélie Litman

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmons

Mots clés libres

Plasmonic

Gap-plasmons

Vitesse de groupe

Vitesse d’energie

Trainée plasmonique

Plasmons du surface

Brewster incidence

Profondeur de la peau

Lentille parfaite

Réfraction négative

Mode guidé

Dispersion

Biocapteurs SPR

Plasmons

Gap-plasmons

Group verlocity

Energy velocity

Plasmonic drag

Surface plasmon

Brewster incidence

Skin depth

Perfect lensing

Negative refraction

Guided mode

Dispersion

SPR Biosensors

Résumé

La plasmonique vise à utiliser des nanostructures métalliques très petites devant la longueur d’onde pour manipuler la lumière. Les structures métalliques sont particulières parce qu’elles contiennent un plasma d’électrons libres qui conditionne complètement leur réponse optique. Notamment, lorsque la lumière se propage à proximité des métaux, sous forme de mode guidés comme les plasmons et les gap-palsmons, elle est souvent lente, présentant une vitesse de groupe faible. Dans ce travail, nous présentons une analyse physique qui permet de comprendre cette faible vitesse en considérant le fait que l’énergie se déplace à l’opposé de la lumière dans les métaux. Nous montrons que la vitesse de groupe est égale à la vitesse de l’énergie pour ces modes guidés, et proposons la notion de ralentissement plasmonique. Finalement, nous étudions comment cette « trainée plasmonique » rend une structure aussi simple qu’un coupleur à prisme sensible à la répulsion entre les électrons du plasma.

The field of plasmonics aims at manipulating light using deeply subwavelength nanostructures. Such structures present a peculiar optical response because of the free electron plasma they contain. Actually, when light propagates in the vicinity of metals, usually under the form of a guided mode, it presents a low group velocity. Such modes, like plasmons and gap-plasmons, are said to be slow. In this work we present a general physical analysis of this phenomenon by studying how the energy propagates in metals in a direction that is opposite to the propagation direction of the mode. We show that the group velocity and the energy velocity are the same, and finally introduce the concept of plasmonic drag. Finally, we study how slow guided modes make structures as simple as prism couplers sensitive to the repulsion between electrons inside the plasma.