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Recherche 

Via les simulations numériques et les méthodes (semi-)analytiques on étudie le comportement de la lumière à l’échelle (sub-)longueur d’onde. Notre expertise permet d’interpréter des résultats expérimentaux sur des recherches académiques et des projets industriels, et deux sujets de recherche sont également approfondis.

    La plasmonique étudie le couplage entre la lumière et le nuage d’électrons d’un métal. Ce couplage est caractérisé par une quasi-particule, le plasmon, qui peut-être confiné à l’interface formée par le métal et le milieu environnant. Le confinement assure un champ électromagnétique intense dans une très petite région de l’espace et est appliqué par des techniques de détection telles que la diffusion Raman. De par sa nature, la plasmonique est aussi le lien naturel entre l’électronique et la photonique. L’électronique atteint les limites de miniaturisation et travaille à des fréquences assez faibles (quelques GHz) tandis que la photonique (diélectrique) se miniaturise plus difficilement mais peut travailler à des fréquences beaucoup plus élevées (de l’ordre de 100 THz). Combiner les avantages de ces deux domaines via la plasmonique permettrait la conception de circuits beaucoup plus rapides et petits.
La plasmonique peut aussi fournir des solutions dans le domaine du photovoltaïque. Par exemple les électrodes transparentes sont des structures qui se retrouvent dans toutes nos technologies de panneaux photovoltaïques et d’écrans. Ces structures sont donc indispensables dans notre société moderne. L’ITO (Indium Tin Oxide) domine le marché des électrodes transparentes mais la raréfaction et le prix de l’indium nécessite le développement d’alternatives. Nous avons donc développé une structure plasmonique à base d’argent qui dépend de l’angle d’incidence, avec des propriétés théoriques supérieures à celles de l’ITO. Les nano-stores plasmoniques, comme nous les appelons, sont conducteurs et pratiquement transparents pour un certain angle d’incidence et sur une large gamme de longueur d’ondes.
Nos recherches visent donc à mettre au point des structures plasmoniques novatrices qui solutionneraient des problèmes se présentant dans la télécommunication, la détection, l’optoélectronique ou le photovoltaïque.

    Le graphène, ce nouveau matériau formé d’un réseau hexagonal d’atomes de carbone, trouve des applications dans beaucoup de domaines comme l’électronique, le stockage d’énergie, les peintures, les huiles, les isolants thermiques, etc. Mais son utilité dans le domaine nano-photonique reste importante. Dans le visible, il absorbe seulement 2.3% de la lumière incidente, le positionnant comme remplaçant potentiel de l’ITO comme électrode transparente. Dans l’infra-rouge proche, il devient métallique et supporte des plasmons à faibles pertes dont les propriétés peuvent être modifiées par un changement du dopage de la feuille de graphène, simplement réalisé chimiquement ou par l’application d’une tension. Finalement, dans l’infrarouge il est décrit par un modèle de Drude dépendant linéairement du dopage. L’objectif de nos recherches est de comprendre les interactions de la lumière avec le graphène avec ses défauts physique et de dopage, principalement dans l’infrarouge proche, et de concevoir des applications optoélectroniques originales pour utiliser aux mieux ce matériau bon marché et à l’avenir prometteur.

Confinement du champ magnétique dans un nanoruban de graphène

    La symétrie parité temps (PT) est un domaine relativement récent qui nous vient de la mécanique quantique. Une des propriétés essentielles de la mécanique quantique est que chaque Hamiltonien doit être hermitien afin de lui assurer des valeurs propres réelles. Il a été montré que des Hamiltoniens non hermitiens mais respectant la symétrie PT pouvaient aussi avoir des valeurs propres réelles. Ces nouveaux Hamiltoniens peuvent donc décrire des systèmes physiques encore jamais exploités.
La ressemblance entre les équations de la mécanique quantique et de l’optique ont permis à celle-ci d’être le banc d’essai de ces nouveaux Hamiltoniens. Des structures photoniques telles que des coupleurs directionnels, par exemple, ont pu être adaptées pour devenir PT symétriques et obtenir ainsi de nouvelles propriétés. Une de ces nouvelles propriétés est la rupture spontanée de symétrie. Suite à une faible variation d’un paramètre, le système observe une brisure de symétrie. La différence des modes du fonctionnement du système de part et d’autre de cette brisure en fait un outil très pratique pour des applications de switch. L’objectif de nos recherches est donc d’adapter ou de créer des structures photoniques dans le cadre de la symétrie PT. Des structures inédites avec des comportements nouveaux pouvant toucher à tous les domaines et applications de la photonique.

Echange de puissance dans un coupleur directionnel PT symétrique