Etude de plasmons propagatifs dans le graphène par méthodes de simulation et spectroscopie infrarouge

Propagative plasmons in graphene investigated by simulation method and infrared spectroscopy

• Auteur / Autrice : David Legrand
• Direction : Renaud Bachelot, Beng Kang Tay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 11/12/2018
• Etablissement(s) : Troyes en cotutelle avec Nanyang Technological University (Singapour)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Michel Adam
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Beng Kang Tay, Pierre-Michel Adam, Fabrice Charra, Samuel Grésillon, Bing Wang, Jérôme Plain, Terence Kin Shun Wong
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Fabrice Charra, Samuel Grésillon, Bing Wang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie en champ proche

Graphène

Spectroscopie infrarouge

Simulation, Méthodes de

Résonance plasmonique de surface

Mots clés libres

Résonance plasmonique de surface

Simulation, Méthodes de

Spectroscopie infrarouge

Graphène

Microscopie en champ proche

Surface plasmon resonance

Simulation methods

Infrared spectroscopy

Graphene

Near-field microscopy

Résumé

La physique du graphène et la plasmonique sont deux domaines qui, une fois combinés, promettent une variété d’applications intéressantes. Une de ces applications est l’intégration de dispositifs nanooptoélectroniques actifs dans des systèmes électroniques, en utilisant le fait que les plasmons dans le graphène sont accordables, fortement confinés et faiblement amortis. Avant de réaliser ces dispositifs actifs, un défi crucial demeure : trouver une plateforme permettant une forte propagation des Polaritons Plasmons Graphène (GPP).Dans ce cadre, une étude complète de la propagation des plasmons à travers le graphène en suspension est abordée. Cette étude commence par examiner les résultats de la recherche théorique et expérimentale liés au domaine émergent de la plasmonique du graphène. Une étude numérique par méthode FDTD est présentée, et les conditions pour la réalisation de l’étude des plasmons de graphène dans le graphène en suspension sont analysées. Une conception de l’échantillon avec un processus expérimental est proposée. Enfin, une étude expérimentale, de la fabrication en salle blanche, puis la caractérisation de la structure graphène et plasmonique, à la mesure optique par microscopie optique à champ proche à balayage, est présentée.

Graphene physics and plasmonics are two fields which, once combined, promise a variety of exciting applications. One of those applications is the integration of active nano-optoelectronic devices in electronic systems, using the fact that plasmons in graphene are tunable, highly confined and weakly damped. Before achieving these active device, a crucial challenge remains: finding a platform enabling a high propagation of Graphene Plasmons Polaritons (GPPs).In this framework, a full study of the propagation of plasmons through suspended graphene is addressed. This study starts by reviewing the theoretical and experimental research achievement related to the really recent emerging field of graphene plasmonics. A numerical investigation by FDTD method is presented, and the conditions for a realisation of the study of graphene plasmons in suspended grapheme are analysed. A design of the sample with an experimental process is proposed. Finally, an experimental study from the fabrication in clean room, then the characterisation of graphene and plasmonics structure to the optical measurement through Scanning Near-field Optical Microscopie is presented.