Plasmonique et nanophotonique ultrarapides

Les nanoparticules de métaux nobles (NP) présentent des propriétés optiques remarquables liées au phénomène de résonance localisée plasmonique de surface (LSPR), qui provient du confinement des électrons de conduction à des échelles beaucoup plus petites que la longueur d'onde de la lumière.
Au-delà, l'interaction des NP et d'impulsions laser ultracourtes résulte en une série d'échanges d'énergie au cours desquels la distribution des électrons du métal est mise hors équilibre par des processus multiphotoniques puis relaxe vers l'état stationnaire.
Cette génération d'un gaz "d'électrons chauds" et sa dynamique conduisent alors à des phénomènes intéressants, qui peuvent être exploités dans des applications photoniques, chimiques ou biomédicales : réponse optique non linéaire, échauffement localisé et bref, qui peut lui-même induire l'excitation de modes de vibration des NP, photoluminescence, émission d'électrons, production de dérivés réactifs de l'oxygène dans l'eau, cavitation. Le processus de conversion photothermique est bien entendu très efficace lorsque la longueur d'onde du rayonnement correspond au mode LSPR des NP, qui permet un apport énergétique optimal.

Scheme of the energy exchanges in a plasmonic nano-object after light pulse absorption

Par ailleurs, le développement de circuits optiques intégrés a conduit à la création de dispositifs photoniques de plus en plus petits qui peuvent supporter des puissances optiques de plus en plus élevées. Cela mène à une situation où la nature quantique de la lumière ne peut plus être ignorée puisque les effets mécaniques de la pression de radiation sont presque comparables à la taille des objets. Toutefois, cet effet peut être exploité de manière fructueuse si la résonance mécanique peut être couplée à une résonance optique. Dans une telle configuration, on peut utiliser la lumière pour contrôler le mouvement du dispositif et, réciproquement, modifier mécaniquement son comportement optique.
Notre équipe est spécialisée dans la modélisation, la mesure et l'exploitation des propriétés optiques des nanostructures photoniques : les NP métalliques et les cristaux photoniques.

Le thème Plasmonique et nanophotonique ultrarapides regroupe 5 sous-thèmes de recherche différents :

•    Plasmonic nanoparticles: Stationary and ultrafast transient optical responses
•    Dynamics of hot electrons and applications
•    Photothermal conversion in metal nanoparticles and applications
•    Near field optomechanics in photonic systems
•   
Photonic engineering of infrared surface waves

 

 

Membres

Bruno Palpant

Khanh-Van Do

Pierre Verlot

Renaud Bachelot

Sébastien Frenkel

Thomas Antoni