Réponse optique ultrarapide de nanoparticules plasmoniques complexes
Auteur / Autrice : | Tadele Otomalo |
Direction : | Bruno Palpant |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 20/12/2019 |
Etablissement(s) : | Université Paris-Saclay (ComUE) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de Photonique Quantique et moléculaire (Cachan, Val de Marne) Cachan |
établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Olivier Pluchery |
Examinateurs / Examinatrices : Bruno Palpant, Olivier Pluchery, Pierre-Michel Adam, Aurélien Crut, Céline Fiorini-Debuisschert, Alessandra Paladini | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Michel Adam, Aurélien Crut |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Les propriétés remarquables associées à la résonance plasmon localisée (LSPR) dans les nanoparticules (NP) de métaux nobles font de la plasmonique un sujet aux applications multiples. Lorsque les NP sont éclairées par des impulsions laser ultracourtes, une dynamique rapide d'échanges d'énergie conduit à la variation ultrarapide de leurs propriétés optiques, accompagnée d’autres effets comme la photoluminescence, l’échauffement hyperlocalisé, la photoémission électronique, la production de radicaux libres, la nano-cavitation. La conception de nanostructures hybrides complexes permet d'adapter les propriétés plasmoniques pour optimiser les applications. Nous avons étudié certaines nanostructures hybrides par spectroscopie d'absorption pompe-sonde large bande et une modélisation dédiée : fibres de silice décorées de NP d’or, NP cœurs-coquilles Au-Ag. Leurs réponses optiques stationnaire et transitoire sont analysées en fonction de la morphologie des NP.Dans les développements évoqués ci-dessus, l’exaltation de champ proche autour des NP plasmoniques joue un rôle clé. Cependant, l’étude de la modulation transitoire du champ proche est limitée par l'incapacité des outils numériques usuels à saisir de faibles variations de la permittivité des NP. Nous mettons en œuvre une méthode FDTD basée sur les paires pole-résidu complexes-conjugués pour pouvoir simuler l’évolution temporelle de la topographie du champ proche plasmonique. Au-delà, le mode LSPR peut être couplé à un mode photonique dans une cavité hybride pour concevoir des fonctionnalités photoniques optiquement contrôlées. Le couplage d'un réseau 2D de nanobâtonnets d'or parallèles avec le mode de défaut d'une cavité d’un cristal photonique 1D est étudié théoriquement. L'anisotropie optique permet de jouer avec plusieurs degrés de liberté comme la polarisation du champ. La modulation ultrarapide de la réponse optique prédite dans de telles nanostructures hybrides ouvre la possibilité de leur optimisation future pour la conception de capteurs résolus en temps.