Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Des états plasmoniques 2D codent l’information

par Evelyne Prevots - publié le , mis à jour le

Des états plasmoniques 2D codent l'information

En contrôlant la croissance 2D de cristaux d’or et en étudiant leurs propriétés optiques non linéaires, E. Dujardin, A. Arbouet, C. Girard et coll. démontrent que des états plasmoniques peuvent être sondés directement par microscopie optique. Publiés dans Nature Materials, ces résultats permettent d’envisager un nouveau traitement de l’information optique par ingénierie des états plasmoniques.

Des états plasmoniques 2D codent l’information

Nature Materials (2013) DOI 10.1038/NMAT3581

Les cristaux métalliques ont été synthétisés par une méthode de chimie colloïdale permettant de sélectionner la croissance de facettes cristallines bien définies. Leurs formes prismatiques, en triangles équilatéraux parfois tronqués aux pointes, et leurs dimensions, de l’ordre du micromètre de taille latérale mais seulement 20 nanomètres d’épaisseur, en font des résonateurs dans lesquels des oscillations collectives du gaz d’électrons dénommées « plasmon de surface » peuvent être excités optiquement. Grâce à la qualité cristalline des prismes, ces plasmons ne subissent que très peu d’amortissement et se réfléchissent de multiples fois sur les bords du cristal. Les chercheurs du CEMES ont réussi à imager la distribution de l’intensité du champ électrique associée à ces résonances optiques par microscopie optique non-linéaire. Avec un laser femtoseconde, ils ont induit une luminescence dite à deux photons dont ils démontrent théoriquement qu’elle révèle non seulement le champ électrique généré localement mais plus précisément les états plasmoniques des électrons optiquement excités qui sont notamment très sensibles à la forme des prismes. L’excellent accord entre les simulations de leur modèle théorique et les expériences optiques leur a permis d’explorer des structures plus complexes, comme des paires de prismes placés côte à côte. Ils montrent ainsi qu’en faisant interagir les prismes, les états plasmoniques de la structure globale diffèrent de ceux des prismes individuels et les auteurs proposent d’utiliser un tel pavage de prismes couplés entre eux pour concevoir un nouveau type de traitement de l’information optique. Le principe d’une double porte logique modale dans laquelle des faisceaux lasers polarisés sont combinés pour produire un signal logique de luminescence à deux photons est exposé comme prochain défi expérimental basé sur ce nouveau paradigme.

 

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