proposition de stage en cours d`etudes

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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