Nanostructures de VO2 pour dispositifs nanophotoniques accordables dynamiquement

VO2 nanostructures for dynamically tunable nanophotonic devices

• Auteur / Autrice : Jimmy John
• Direction : Régis Orobtchouk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, micro et nanoélectronique, optique et laser
• Date : Soutenance le 30/06/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) - Institut des Nanotechnologies de Lyon / INL
• Jury : Président / Présidente : Ségolène Callard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Régis Orobtchouk, Ségolène Callard, Maria-Pilar Bernal, Pablo Sanchis Kilders, Jean-Hervé Tortai, Yves Jourlin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria-Pilar Bernal, Pablo Sanchis Kilders, Jean-Hervé Tortai

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium

Nanophotonique

Microélectronique

Mots clés libres

Microélectronique

Nanotechnologie

Nanophotonique

Nanostructure

Nano cristaux

Dioxyde de vanadium

Changement de phase

Résonance multipolaire

Silicium

Photonique

Théorie de mie

Absorption optique

Modulation optique

Micro Electronics

Nanotechnology

Nanophotonics

Nanostructure

Nano Crystals

Vanadium dioxide

Phase change material

Multipolar resonance

Silicium

Photonic Resonator

Mie theory

Optical absorption

Optical modulation

Résumé

L'information est devenue le bien le plus précieux au monde. Ce mouvement vers la nouvelle ère de l'information a été propulsé par la capacité à transmettre l'information plus rapidement, à la vitesse de la lumière. Il est donc apparu nécessaire de mener des recherches plus poussées pour contrôler plus efficacement les supports d'information. Avec les progrès réalisés dans ce secteur, la plupart des technologies actuelles de contrôle de la lumière se heurtent à certains obstacles tels que la taille et la consommation d'énergie et sont conçues pour être passives ou sont limitées technologiquement pour être moins actives (technologie Si-back). Même si rien ne voyage plus vite que la lumière, la vitesse réelle à laquelle les informations peuvent être transportées par la lumière est la vitesse à laquelle nous pouvons la moduler ou la contrôler. Ma tâche dans cette thèse visait à étudier le potentiel du VO2, un matériau à changement de phase, pour la nano-photonique, avec un accent particulier sur la façon de contourner les inconvénients du matériau et de concevoir et démontrer des dispositifs intégrés efficaces pour une manipulation efficace de la lumière à la fois dans les télécommunications et le spectre visible. En outre, nous démontrons expérimentalement que les résonances multipolaires supportées par les nanocristaux de VO2 (NC) peuvent être réglées et commutées dynamiquement en exploitant la propriété de changement de phase du VO2. Et ainsi atteindre l'objectif d'adaptation de la propriété intrinsèque basée sur le formalisme de Mie en réduisant les dimensions des structures de VO2 comparables à la longueur d'onde de fonctionnement, créant un champ d'application pour un métamatériau accordable défini par l'utilisateur.

Information has become the most valuable commodity in the world. This drive to the new information age has been propelled by the ability to transmit information faster, at the speed of light. This erupted the need for finer researches on controlling the information carriers more efficiently. With the advancement in this sector, majority of the current technology for controlling the light, face certain roadblocks like size, power consumption and are built to be passive or are restrained technologically to be less active (Si- backed technology). Even though nothing travels faster than light, the real speed at which information can be carried by light is the speed at which we can modulate or control it. My task in this thesis aimed at investigating the potential of VO2, a phase change material, for nano-photonics, with a specific emphasis on how to circumvent the drawbacks of the material and to design and demonstrate efficient integrated devices for efficient manipulation of light both in telecommunication and visible spectrum. In addition to that we experimentally demonstrate the multipolar resonances supported by VO2 nanocrystals (NCs) can be dynamically tuned and switched leveraging phase change property of VO2. And thus achieving the target tailoring of intrinsic property based on Mie formalism by reducing the dimensions of VO2 structures comparable to the wavelength of operation, creating a scope for user defined tunable metamaterial.