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Posté par Redbran le Dimanche 08/04/2018 à 12:00
Un aiguillage nanométrique pour les plasmons
Afin de miniaturiser les systèmes optiques, les chercheurs ont besoin d'un meilleur contrôle des flux lumineux à petite échelle. Une équipe de l'Institut Femto-ST a obtenu un couplage directionnel de la lumière, capable de diriger la propagation de plasmons de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) dans un guide d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) nanométrique. Basés sur l'utilisation de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) spin-orbite optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), ces travaux sont publiés dans la revue Nano Letters.


© Femto-St
À gauche: Image au microscope électronique à balayage du dispositif expérimental. Les deux nano-antennes (coaxiales) sont connectées aux deux extrémités du guide nanométrique courbé (50nm de large).

À droite: Schéma de principe du couplage plasmonique unidirectionnel accordable par la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait d'appliquer une tension pour créer du...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) incidente. L'excitation des plasmons est réalisée dans la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par exemple :) du guide par un faisceau lumineux polarisé (exemple: polarisation circulaire gauche, plasmon lancé sélectivement à gauche représenté en bleu). Les plasmons sont lancés dans les deux directions en polarisation linéaire. Ils sont efficacement découplés dans l'espace libre par les nano-antennes (concentrations lumineuses représentés en blanc).

Les plasmons de surface sont formés par l'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations quel que soit le domaine.) collective des électrons libres à la surface d'un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des...) placé sous illumination. Cet état particulier de la lumière produit des ondes optiques confinables à l'échelle nanométrique, ce qui ouvre d'importantes perspectives pour la miniaturisation des systèmes optiques. Le développement de fonctions optiques avancées ultracompactes nécessite cependant de contrôler dynamiquement ces flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les...) plasmoniques.

Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) Femto-ST (CNRS/Université Technique Belfort-Montbéliard/Université de Franche-Comté/ENS2M) ont conçu une excitation directionnelle des plasmons nanométriques guidés, contrôlée par la polarisation de la lumière incidente. Le guide de 50nm de large est creusé, par faisceau d'ions focalisés, dans une fine couche d'or déposée sur un substrat de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué...). Le système les aiguille vers la droite ou la gauche, en direction de nano-antennes connectées aux deux extrémités du nano-guide optique. L'ellipticité du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) lumineux contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) à elle seule le flux plasmonique distribué dans les deux bras du guide nanométrique et les nano-antennes, en bout de guide, assurent un découplage efficace en espace libre.

Les chercheurs utilisent pour cela l'interaction spin-orbite optique. Comme ils se déplacent le long d'un guide courbé, les plasmons acquièrent un moment orbital. Si la courbure est suffisamment petite, ce moment orbital peut devenir équivalent au moment de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la...) des photons d'une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une...) lumineuse incidente au guide. Comme la polarisation de cette lumière agit sur le moment de spin des photons, elle influe aussi sur le moment orbital des plasmons et permet donc de contrôler la directivité des flux optiques. Outre les applications pour les circuits imprimés optiques à très grande vitesse (On distingue :) d'opération, ces travaux ouvrent la voie à des analyses optiques locales (polarimétrie, analyses comparatives, etc.).

Ces travaux sont soutenus par le Laboratoire d'excellence ACTION.

Références publication:
Directing Nanoscale Optical Flows by Coupling Photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette...) Spin to
Plasmon Extrinsic Angular Momentum
Yannick Lefier, Roland Salut, Miguel Angel Suarez, and Thierry Grosjean
Nano Lett., 2018, 18 (1), pp 38?42
DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02828
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.7b02828

Contact chercheur:
Thierry Grosjean ? Femto-ST

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Source: CNRS-INSIS
 
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