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


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Thermoplasmonique

Les pertes Ohmiques dans les structures plasmoniques ont toujours été considérées comme un défaut majeur pour la propagation longue distance et la mise au point de dispositifs efficaces. Cependant, la possibilité de contrôler l’augmentation de température grâce aux paramètres d’illumination (longueur d’onde, polarisation) a déclenché un fort intérêt dans la communauté de la NanoOptique [1]. Cette conversion d’énergie photo-thermique trouve son origine dans la forte exaltation locale du champ associée à la résonance plasmon ainsi qu’à l’absorption amplifiée dans le métal. Les nanostructures métalliques peuvent donc accroitre la température dans leur environnement et peuvent être utilisées comme nanosources de chaleur intégrées [2]. Ce domaine de recherche, la thermoplasmonique, pourrait potentiellement mener à des percer dans différents domaines comme la nanomédecine, la nanochimie, ou la manipulation et le piégeage optique assistés thermiquement [3].

Contact : christian.girard[at]cemes.fr

 

Figure 1 : Spectres calculés de chaleur générée dans des structures métalliques déposées sur un substrat.Le milieu environnant est de l’eau. Adapté de la référence [1]. © CEMES-CNRS

 

(i) Metasurfaces et génération de chaleur

 

Très récemment, la plasmonique a engendré un nouveau domaine d’applications dans lequel les effets dissipatifs dans le métal sont utilisés de façon avantageuse. Hormis leurs propriétés bien connues d’exaltation et de confinement du champ électromagnétique dans le champ proche, les nanostructures et les particules métalliques ont révélé un grand potentiel comme sources locales de chaleur. Cette activité est développée au niveau expérimental (ce qui inclut les mesures locales de température par spectroscopie locale) et au niveau théorique avec une approche complètement auto-consistante basée sur le formalisme des Fonctions de Green Dyadiques (GDF) qui permet de calculer l’intensité du champ local et la distribution de température à l’intérieur et autour un réseau de particule (tout en incluant le couplage au substrat). Cette approche est appliquée pour définir et optimiser de nouveaux concepts de métasurfaces thermoplasmoniques intégrées en géométrie coplanaire [4,5].

 

[1] G. Baffou et al., App. Phys. Lett. 94, 153109 (2009)

[2] S. Viarbitskaya et al., ACS Photon. 2, 744 (2015)

[3] A. Cuche et al., Nano Lett. 13, 4230 (2013)

[4] C. Girard et al., submitted (2017)

[5] P. R. Wiecha et al., submitted (2017)

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