Axe principal: NPIQ Axes secondaires : NCI Equipe Microscopie de Champ Proche Optique Laboratoire Institut Langevin, Ondes et Images (ESPCI ParisTech) http://www.institut-langevin.espci.fr/ Contact C’nano de l’équipe GRESILLON Samuel Responsable d’équipe : Samuel Grésillon et Yannick De Wilde [email protected] [email protected] Membres permanents de l’équipe : Samuel Grésillon [email protected] Yannick De Wilde [email protected] Rémi Carminati [email protected] _________________________________________________________________________ • Activité scientifiques de l’équipe : - Microscopie optique en champ proche à pointe diffusante appliquée à la cartographie de champ sur des dispositifs plasmoniques couplés à des sources lasers semi-conductrices. - Microscopie optique en champ proche à pointe diffusante dans l’infrarouge et le térahertz : carthographie des modes sur les lasers semi-conducteurs. - Etude de la densité locale d’états électromagnétiques par microscopie à sondes locales : rayonnement thermique en champ proche (microscope à effet tunnel à rayonnement thermique) et mesures de durée de vie de fluorescence. - Microscope optique en champ proche à basse température. - Microscopie en champ proche dans le domaine terahertz et dans le domaine non-linéaire • Recherche(s) et résultat(s) obtenu(s) dans les domaines d’actions des nanosciences : Source semi-conductrice de plasmons de surface I Haut) Un réseau métallique disposé sur un milieu semiconducteur présentant du gain optique permet de générer des plasmons de surface par l’application d’un courant électrique. Les plasmons de surface générés de part et d’autre du dispositif sont ensuite couplés et injectés dans une piste métallique où ils créent une figure d’onde stationnaire. Un microscope optique en champ proche permet de révéler la topographie de la surface du dispositif (Centre) et en même temps d’imager la structure du champ électromagnétique associées à cette onde plasmonique stationnaire dans l’infrarouge moyen (Bas).(contact : [email protected] collaboration avec l’ IEF). (Babuty et al., PRL 104, 226806 (2010). Titre du résultat 2 R. Bakker et al., Appl. Phys. Lett. 92, 043101 (2008). Microscopie optique en champ proche sur des réseaux d’antennes plasmoniques recouvert de fluorophores afin -1- d’observer localement l’exaltation de fluorescence et -2- de comparer l’effet collectif (réseaux d’antennes) et l’effet d’une antenne unique sur la fluorescence. Les antennes plasmoniques sont constituées de deux ellipses d’or couplées (voir les images noir et blanc dans les encarts de (a) et (b) - images de microscopies électroniques). (a) et (b) Microscopie en champ proche optique de fluorescence, pour les deux géométries d’antennes différentes montrées dans l’encart en microscopie électronique. Les zones agrandies correspondent aux zones autour de l’antenne unique. Les morceaux lummineux et réguliers en haut des images correspondent aux réseaux d’antennes. (c) Image de la même zone que (b) en mesurant non plus la fluorescence mais la lumière d’excitation. La graduation ‘1’ correspond à l’intensité de lumière reçue loin des antennes plasmoniques. (Collaboration V. M. Shalaev, Université de Purdue, Etats-Unis d’Amérique) Titre du résultat 3 Images THz (à gauche) et Infra-rouge (à droite) d’une bille de silice avec un microscope en champ proche fonctionnant dans le domaine infra-rouge et terahertz. Ce microscope utilise une source sub-longueur d’onde de large bande spectrale (plusieurs dizaine de terahertz) générée localement. R. Lecaque et al., Opt Exp 16, 4731 (2088) • Programme de recherche : - Etude de la génération active de plasmons de surface à l’aide de sources lasers intégrées dans l’infrarouge proche, moyen et le térahertz, et étude de la façon de nanostructurer les surfaces métalliques pour agir sur la courbe de dispersion des plasmons de surface (spoof surface plasmons) (collaboration avec R. Colombelli, IEF) - Etudes en champ proche de la propagation de lumière lente (collaboration avec Kamel Bencheikh, LPN) - Développement d’un microscope en champ proche à sonde active fluorescente : étude de la densité locale d’états électromagnétique par mesure de durée de vie de fluorescence. - Microscopie optique en champ proche en environnement cryogénique et en mode spectroscopique. • Références : 1) Injection of midinfrared surface plasmon polaritons with an integrated device J.-P. Tetienne, A. Bousseksou, D. Costantini, R. Colombelli, A. Babuty, I. Moldovan-Doyen, Y. De Wilde, C. Sirtori, G. Beaudoin, L. Largeau, O. Mauguin, and I. Sagnes APPLIED PHYSICS LETTERS, 97, 211110 (2010) 2) Semiconductor Surface Plasmon Sources A. Babuty, A. Bousseksou, J.−P. Tetienne, I. Moldovan Doyen, C. Sirtori, G. Beaudoin, I. Sagnes, Y. De Wilde, and R. Colombelli, PHYSICAL REVIEW LETTERS, 104, 226806 (2010). Highlight in NATURE PHOTONICS 3) A semiconductor laser device for the generation of surface−plasmons upon electrical injection ; A. Bousseksou, R. Colombelli, A. Babuty, Y. De Wilde, Y. Chassagneux, C. Sirtori, G. Patriarche, G. Beaudoin, I. Sagnes. OPTICS EXPRESS, 17, 9391−9400 (2009). 4) Enhanced Localized fluorescence in plasmonic nanoantennae R. M. Bakker, H-K Yuan, Z. Liu, A. V. Kildishev, V. P. Drachev, A. V. Kildishev, V. M. Shalaev, R H. Pedersen, S. Grésillon, A. Boltasseva APPLIED PHYSICS LETTERS vol. 92 043101 (2008) 5) THz emission Microscopy with sub-wavelength broadband source R. Lecaque, S. Grésillon, C Boccara OPTICS EXPRESS vol. 16 (7) pp 4731-4738 (2008) 6) Nanoantenna plasmonics via near-field illumination R. M. Bakker, A. Boltasseva, Z. Liu, R H. Pedersen, S. Grésillon, A. V. Kildishev, V. P. Drachev and V. M. Shalaev OPTICS EXPRESS Vol 15 (21) pp 13682-13686 (2007). 7) Second harmonic generation in the near-field and far-field, a sensitive tool to probe crystalline homogeneity, L. Williame, S. Grésillon, C. Boccara, M. Cuniot-Ponsard JOURNAL OF APPLIED PHYSICS vol. 101 n° 083111 (200 7). 8) Direct imaging of a laser mode via mid-infrared near-field microscopy V. Moreau, P.-A. Lemoine, M. Bahriz, Y. De Wilde, R. Colombelli, L. Wilson, A. B. Krysa, APPLIED PHYSICS LETTERS, 90, 201114 (2007). 9) Thermal Radiation Scanning Tunnelling Microscopy ; Y. De Wilde, F. Formanek, R. Carminati, B. Gralak, P.-A. Lemoine, J.-P. Mulet, K. Joulain, Y. Chen, J.-J. Greffet, NATURE, 444, 740 (2006).