www.onera.fr PROPOSITION DE STAGE EN COURS D’ETUDES Référence : DOTA-2017-39 (à rappeler dans toute correspondance) Département/Dir./Serv. : Département Optique Théorique et Appliquée Lieu : Palaiseau Tél. : 01 80 38 61 73 Email. : Responsable du stage : Riad HAIDAR / C. DEEB [email protected] DESCRIPTION DU STAGE Domaine d’étude : Nanotechnologies, plasmonique, optique Type de stage Fin d’études bac+5 Master 2 recherche Bac+2 à bac+4 Intitulé : Photo-détection par redressement optique Sujet : Les nano-antennes optiques ont déjà montré leur capacité à concentrer le champ électromagnétique. Citons en particulier la conception des résonateurs de Helmholtz qui ont permis la démonstration d’une exaltation très élevée du champ électrique ( dans l’infrarouge lointain) sur une très faible distance devant la longueur d’onde (/800) [1]. Ces effets sont d’autant plus marqués que l’épaisseur du diélectrique séparant les deux parties métalliques de l’antenne est petite. Le sujet de ce stage, qui sera suivi d’une thèse, est de concevoir un nouveau type de photo-détecteurs infrarouge combinant les propriétés optiques et électriques d’antennes optiques présentant une épaisseur de diélectrique inférieure au nanomètre. En réduisant l’épaisseur du diélectrique deux effets antagonistes sont attendus. L’électromagnétisme prévoit que l’indice effectif du mode augmente lorsque cette épaisseur diminue [2]. Cet effet est à la base de nombreux effets spécifiques de la nano-photonique comme le tri de photons ou les systèmes multi-résonants. Cependant la prédiction d’une divergence lorsque l’épaisseur tend vers zéro n’est pas satisfaisante. De son côté, la mécanique quantique prévoit que le diélectrique est traversé par un courant (effet tunnel) variant de façon exponentielle avec l’épaisseur du diélectrique. En permettant l’échange, entre les deux parties métalliques de l’antenne, des électrons excités par les plasmons de surface, ce courant tunnel perturbe la résonance de l’antenne et introduit une limite à l’indice du mode. À très faible épaisseur (<0.5nm) des traitements quantiques ont, de plus, montré l’apparition de nouveaux modes [3]. Entre ces deux cas extrêmes, il existe des antennes optiques montrant à la fois une très forte exaltation du champ électrique ainsi qu’une forte densité de courant tunnel. Nous explorons actuellement ce contexte dans notre équipe pour réaliser des sources de lumière en exaltant la part inélastique de l’effet tunnel (une thèse est en cours sur ce sujet) et des photo-détecteurs (ce sujet) basés sur le redressement optique. Pour ces derniers il s’agit de polariser électriquement l’antenne pour favoriser un sens du courant tunnel généré par les excitations plasmoniques. À la résonance, l’antenne montre ainsi un courant net fonction du flux optique incident. Notons que dans ce système, la conversion optique-électrique ainsi que la longueur d’onde de détection est uniquement déterminée par l’antenne optique. On évite ainsi les problèmes difficiles rencontrés dans les systèmes de photo-détection basés sur des transitions électroniques : gap du semi-conducteur, empilement complexe de semi-conducteurs, fonctionnement à basse température… Dans ce stage qui bénéficiera des développements technologiques récents dans notre équipe, il s’agira de démontrer l’existence d’un photo-courant dans des antennes optiques présentant une épaisseur de diélectrique inférieure au nanomètre. Cette première caractérisation servira de base à la thèse qui suivra. 1/ P. Chevalier et al., Phys. Rev. B 90 195412 (2014); Appl. Phys. Lett. 105 071110 (2014). 2/ S. Collin et al., Optics Express 15 4310 (2007). 3/ R. Esteban et al. Nature Communications 3 825 (2012). Est-il possible d'envisager un travail en binôme ? Non Stage indemnisé si durée sup. à 2 mois Méthodes à mettre en oeuvre : Recherche théorique Travail de synthèse Recherche appliquée Recherche expérimentale Travail de documentation Participation à une réalisation Possibilité de prolongation en thèse : Durée du stage : Oui Minimum : 3 mois Maximum : 5 mois (6 mois sur dérogation uniquement) Période souhaitée : Mars à Septembre 2017 PROFIL DU STAGIAIRE Connaissances et niveau requis : Electromagnétisme, photonique, optique Ecoles ou établissements souhaités : Ingénieur Grandes Ecoles ou Master Recherche 2 DRH/RSPG/octobre 2012