Thèse soutenue

Confinement de rayonnement térahertz par des micro-résonateurs métalliques, pour la spectroscopie et manipulation d’objets nanométriques uniques

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Auteur / Autrice : Théo Hannotte
Direction : Jean-François Lampin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique, photonique
Date : Soutenance le 16/12/2022
Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Jury : Président / Présidente : Juliette Mangeney
Examinateurs / Examinatrices : Giacomo Scalari, Romain Peretti, Peter Qiang Liu
Rapporteurs / Rapporteuses : Yanko Todorov, Oleg Mitrofanov

Mots clés

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Résumé

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A la frontière entre l'optique et l'électronique, la gamme de fréquence Térahertz (THz) attire un intérêt croissant dans des domaines allant des communications haut-débits au contrôle non destructif. La spectroscopie THz a le potentiel de constituer un outil de choix pour l'analyse d'échantillon biologique. Cependant, beaucoup d'échantillons tels que des cellules vivantes, des virus ou des protéines ont une taille inférieure aux longueurs d'onde THz de deux ordres de grandeur.Des micro résonateurs, plus petit que leur longueur d'onde de résonance, ont été étudiés et utilisés en tant que composant élémentaire des métamatériaux. En utilisant les propriétés dispersives de ces résonateurs, il est possible de créer des milieux optiques artificiels possédant des propriétés singulières, comme par exemple un indice de réfraction négatif.Cependant, les progrès récents en spectroscopie THz et en optique de champ proche ont ouvert la voie à l'étude de résonateur unique, et d'utiliser pleinement leurs propriétés en champ proche. Cette thèse se concentre sur le cas des résonateurs métalliques de type RLC, qui permettent de confiner un champ électrique dans un volume arbitrairement petit. Ce champ confiné est utilisé pour contourner la limite de diffraction d'Abbe, et permet la spectroscopie d'objet jusqu'à cent fois plus petit que la longueur d'onde.Dans cette thèse, nous développons un modèle analytique pour comprendre le comportement d'un résonateur RLC couplé à un matériau, et extraire des information sur ce matériau via une mesure de spectroscopie sur le résonateur. Après quoi nous concevons et fabriquons des résonateur mesurable individuellement en spectroscopie THz dans le domaine temporel (THz-TDS). Nous étudions ensuite la microscopie optique en champ proche pour mesurer le profil du champ électrique formé par nos résonateurs. Puis nous procédons à des mesures de THz-TDS sur des résonateurs uniques couplé à un volume nanométrique d'un matériau d'étude.Nous avons développé un ensemble d'outils qui nous ont permis d'être parmi les premiers à réaliser des mesure spectroscopique sur des résonateurs RLC uniques dans la gamme THz et en extraire des informations. Les modèles analytiques sont encore améliorables, mais ils offrent déjà une compréhension profonde des donnés expérimentales. Nous pensons que ces travaux ouvriront la voie à la spectroscopie THz a l'échelle nanoscopique.