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2APPORTEURS
LE
MEMBRESDUJURY:
Université Toulouse III Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier)
Sciences de la Matière (SDM)
Réponse optique de nanostructures plasmoniques complexes
vendredi 30 septembre 2011
Renaud MARTY
Nanophysique
Pr. Alain Dereux Université de Bourgogne (Dijon)
Pr. Michel Orrit Universiteit Leiden (Leiden)
Dr. Arnaud ARBOUET et Pr. Vincent PAILLARD
Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales
Dr. Gérald Dujardin LPM-CNRS (Orsay)
Pr. Xavier Marie INSA (Toulouse)
Dr. Otto Muskens University of Southampton
Dr. Christian Girard CEMES-CNRS (Toulouse)

Remerciements
Ce travail a été réalisé au Centre d’Elaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales
(CEMES) de Toulouse du Centre National de la recherche scientifique et à l’Université Paul
Sabatier Toulouse III. Je remercie Jean-Pierre Launay, directeur du laboratoire lors du début
de ma thèse de m’y avoir accueilli ainsi que son successeur Alain Claverie.
Je remercie MM Alain Dereux, Michel Orrit, Xavier Marie, Gérald Dujardin et Otto Mus-
kens de s’être intéressés à mon travail de thèse en participant à mon jury ainsi que pour leur
relecture précise du manuscrit.
Je tiens à remercier tout particulièrement mes directeurs de thèse Arnaud Arbouet et
Vincent Paillard pour leur disponibilité et leur aide au cours de ces années. Leur patience et
leur gentillesse ont non seulement rendu ces années extrêmement agréables mais aussi permis
de développer mes connaissances dans ce monde riche et fascinant des nano-sciences. Arnaud
Arbouet a guidé mes premiers pas dans le laboratoire d’optique, vide au début de ma thèse,
pour m’apprendre à devenir expérimentateur après mes études de physique fondamentale. Il
a su patiemment me faire découvrir les techniques optiques de champ lointain permettant de
sonder les propriétés de nano-objets individuels ainsi que les expériences résolues en temps de
spectroscopie femtoseconde. Je remercie les services électroniques et mécaniques du CEMES
qui nous ont aidé à développer ces expériences ultra-sensibles.
Christian Girard a toujours été présent pour m’aider à comprendre en profondeur les
concepts des nano-sciences et notamment ceux associés à l’interaction rayonnement-matière.
Je le remercie pour son investissement important durant ma thèse. Nous avons également étroi-
tement collaboré avec Adnen Mlayah et Erik Dujardin au cours de ces trois années de thèse.
Merci à eux pour leur aide et leur disponibilité.
Durant mon travail de thèse, j’ai eu l’opportunité de partir durant deux mois à l’institut
i

Remerciements
des sciences photoniques de Barcelone. Je remercie Romain Quidant et Guillaume Baffou de
m’y avoir accueilli et de m’avoir aidé durant ces deux mois. Ils m’ont permis de découvrir de
nouvelles expériences d’optique dans le contexte riche que constitue ce laboratoire. Je garderai
un très bon souvenir de ce passage et de tous les membres de cette équipe.
Je remercie les équipes de MM. Sudhiran Tripathy et Ming Yong Han de l’IMRE de Singa-
pour pour la collaboration fructueuse que nous avons eu avec eux. Un grand merci à Nicolas
Renon et plus généralement au groupement de calcul CALMIP de Toulouse qui nous a permis
de réaliser l’ensemble des simulations de ma thèse.
Je remercie également tous les doctorants et post-doctorants du CEMES qui m’ont ac-
compagné durant ces trois années et avec qui j’ai partagé mes réussites et mes contrariétés.
Merci aux membres des équipes nanomatériaux pour la spectroscopie et nanomatériaux pour
l’électronique avec qui nous avons partagé les mêmes bureaux durant ces trois années dans une
ambiance de travail vraiment très agréable et chaleureuse.
Enfin, je tiens à remercier tous mes amis toulousains d’adoption et aveyronnais ainsi que
ma famille pour leur présence, leur soutien et leur confiance durant toutes ces années.
ii

Table des matières
Introduction générale 1
I Propriétés optiques de nanostructures de métaux nobles : plasmons localisés
de surface 5
1 Description des propriétés optiques d’une nanostructure par la méthode des fonc-
tionsdeGreen..................................... 6
1.1 Description du problème et choix de la méthode : . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 EquationsdeMaxwell ............................ 8
1.3 Equation d’onde pour le champ électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Principe de la résolution d’une équation différentielle par le formalisme
desfonctionsdeGreen ............................ 10
1.5 Résolution de l’équation d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5.1 a) Equation de Lippmann-Schwinger . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5.2 b) Interprétation physique du tenseur dyadique de Green . . . . 12
1.5.3 c) Expression de la susceptibilité du champ . . . . . . . . . . . 13
1.5.4 d) Equation autocohérente et forme résolue : équation de Dyson 14
1.6 Champ proche et champ lointain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Réponse optique de nano-objets métalliques en interaction . . . . . . . . . . . . 18
2.1 Etudes de réseaux d’objets lithographiés en interaction . . . . . . . . . . 19
2.1.1 a)Contexte: ............................ 19
2.1.2 b) Trimères de disques : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3 c) Trimères d’anneaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
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