Titre : OPTIQUE SUB-LONGUEUR DONDE PAR PLASMON DE SURFACE
Auteur : Christian Girard
Laboratoire : CEMES/CNRS
Adresse 29 rue Jeanne Marvig, 31055 Toulouse Cedex
email girard@cemes.fr
Pambule : Aux fquences optiques, les plasmons polaritons de surface sont des
modes propres électromagtiques ls à une interface diélectriquetal. Le champ
des plasmons polaritons de surface décroits exponentiellement en fonction de la
distance à l’interface. Les caractéristiques spectrales pendent fortement des tailles et
des formes des nanostructures qui les soutiennent. Les recherches fondamentales sur le
confinement du champ électromagtique par couplage de plasmons associés à des
nanoparticules, sur les plasmons de fils de sections très étroites ou de minces rubans
talliques ontclenché la tendance, de plus en plus affire au niveau international,
vers le veloppement d’une technologie optique miniaturie basée sur les plasmons
de surface, baptisée plasmonique. Le principal attrait de la plasmonique est que la
me circuiterie tallique peut transporter des charges électriques et des champs
électromagnétiques aux fréquences infra-rouges et visibles, soulevant ainsi un espoir
raisonnable de parvenir à ingrer sur cette circuiterie des composants d’optique
miniaturisée actis électriquement. Les propriétés des plasmons de surface sont
également invoquées dans divers scénarios de veloppement de nouvelles méthodes
de stockage optique d’informations numéries, de dispositifs optiques
superfocalisants, ou de nouvelles générations de nanocapteurs dont le principe repose
sur l’adressage optique de volume de tailles inrieures à la longueur d’onde incidente,
ouvrant ainsi des perspectives concrètes à l’adressage de sysmes nano–optiques
moculaires.
I) SIMULATION NUMERIQUE DES DISPOSITIFS PLASMONIQUES
Dans une première phase nous avons adapté notre programme GREEN3D pour aborder la
simulation des pnomènes d’optiques en ométrie confinée. A partir des moyens offerts par CALMIP
et grâce au supercalculateur SOLEIL, divers processus ont fait lobjet d’études scifiques à partir de
courtes simulations effectes en mode ESSAI. Il s’agit des études préliminaires suivantes :
- Pdiction et simulation de dispositifs pour le contrôle de la densi d’états de photons
(optical corrals).
- Mises en évidence du transfert d’énergie lumineuse par des systèmes de section sub-
longueur d’onde intégs enométrie co-planaire (filtre passe-bande, bifurcation, ….)
- Simulation de la propagation de « plasmons-polaritons » de surface. Ces modes de surface
qui véhiculent de l’énergie sur des pistes talliques de section inférieure à la longueur
d’onde peuvent être utilis pour le traitement de l’information dans les systèmes d’optique
intégrée.
- Spectroscopie locale des structures modales du dispositif considéré.
II) CARTOGRAPHIE DU TRANSFERT DE L’ENERGIE LUMINEUSE
Le programme GREEN3D permet aussi d’établir la cartographie précise du champ proche
optique à des distances ts courtes des dispositifs. Ces calculscessitent des ressources en
moire et en temps CPU relativement importantes et nos premières images en champ
proche ont pu être simuescemment sur SOLEIL en utilisant le mode de soumission MEM.
La figure suivante présente deux images <<champ proche>> calcue au voisinage d’un
seau de plus de 300 particules colloidales d’or (la synthèse de ces systèmes est réalisée au
sein du groupe nanoscience du CEMES). La simulation inclue toutes les interactions optiques
entres les particules ainsi que le couplage avec le substrat.
Figure (1) : Exemple de simulation réalisée au voisinage dun réseau ramifié de
nano-particules dor (diamètre 13 nanomètres). Le système déposé sur une
surface transparente de silice est éclairé en réflexion totale par une lumière
laser de 633 nanomètres ; (A) distance dobservation de 25 nm ; (B) distance
dobservation de 40 nm.
RÉFÉRENCES
[1] Near-field optical properties of
top-down
and
bottom-up
nanostructures, C. GIRARD and E.
DUJARDIN, J. Opt. A : Pure Appl. Opt. 8 (2006) S73-S86.
[2] Theoretical near-field optical properties of branched plasmonic nanoparticle networks, C.
GIRARD, E. DUJARDIN, M. LI, and S. MANN, Phys. Rev. Lett. 97 (2006) 100801-4.
[3] Near-field optical properties of single plasmonic nanowires, T. LAROCHE and C. GIRARD,
Appl. Phys. Lett., 89 (début 2007).
E
z
=
25
n
m
z
=
35
n
m
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