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Accueil du site > Nanooptique de laser à plasmons de surface

PROPOSITION DE SUJET DE THESE
Années 2010-2013

Nom Laboratoire : Laboratoire de Physique des Solides

Code d’identification CNRS : UMR8502

Noms des responsables de la thèse : M. Kociak et O. Stéphan Téléphone : 01 69 15 53 61/69 e-mail : kociak@lps.u-psud.fr, stephan@lps.u-psud.fr

Lieu de la thèse : Batiment 510, Centre Universitaire, 91405 ORSAY

 

TITRE : Nanooptique de laser à plasmons de surface

 

Projet scientifique :

Le domaine de la nanooptique, c’est-à-dire l’étude et l’utilisation du rayonnement électromagnétique à des échelles petites devant sa longueur d’onde, connaît en ce moment un développement remarquable. La compréhension et la maîtrise des paramètres gouvernant aux propriétés des plasmons de surface dans les nanoparticules d’une part, et celle des excitons dans les émetteurs quantiques d’autre part, a permis le contrôle de plus en plus fin de la lumière à des échelles nanométriques. Cependant, l’existence d’une source de rayonnement cohérent, intense, et éventuellement pulsée, de lumière - l’équivalent d’un laser- à ces échelles est encore absente. Un laser est principalement constitué d’une cavité photonique et d’un milieu actif, qui doit être pompé. L’analogie la plus logique aux échelles nanométriques est d’utiliser une nanoparticule métallique comme cavité plasmonique, et un émetteur quantique comme milieu actif. Une telle structure, appelée SPASER (laser à plasmons de surface) a été proposée il y a quelques années. Cependant, un tel objet pose des problèmes théoriques et expérimentaux complexes. Comment quantifier un plasmon de surface, excitations essentiellement dissipative ? Comment se couple un plasmon de surface à l’exciton d’un émetteur quantique ? Le système plasmon de surface/exciton se couple-t-il aux modes transverses et/ou aux modes longitudinaux du champs électromagnétique ? La dissipation intrinsèque d’un plasmon de surface peut elle être compensée par un pompage adéquat ? En d’autres termes, le SPASER existe-t-il ?

Pour répondre à ces questions, il faut pouvoir mesurer, à des échelles de l’ordre du nanomètre l’absorption, l’émission et l’émission stimulée du système d’intérêt. Les techniques optiques standards, limitées par la diffraction, ne permettent pas d’atteindre ce but. En utilisant le fait qu’un faisceau d’électrons rapides se comportent comme une source de lumière blanche de taille nanométrique, nous avons récemment montré la possibilité de mesurer l’absorption et l’émission optique à des échelles de l’ordre du nanomètre dans un microscope électronique en transmission.

Le sujet proposé concerne l’étude de structures SPASER à l’échelle nanométrique. Il s’agira de comprendre tout d’abord les propriétés d’équilibre (absorption et émission) de systèmes hybrides plasmons/exciton, bases des SPASER. On utilisera pour cela l’arsenal expérimental et théorique existant, qui permettent de cartographier et analyser la réponse optique d’objets à l’échelle nanométrique. Dans un deuxième temps, il s’agira de développer une technique d’émission stimulée combinant excitation laser et mesure à l’aide d’électrons rapides à l’échelle nanométrique, récemment décrite théoriquement par notre équipe.

Le sujet s’adresse à un(e) candidat(e) curieux(se), aimant l’expérimentation et les développements théoriques nouveaux. Si vous êtes intéressé(e), n’hésitez pas à nous contacter pour en discuter !