Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales


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Séminaire du jeudi - Microscopie électronique à transmission ultrarapide pour la nano-optique

Jeudi 21 avril 2022, 11h00, CEMES (café offert à 10h30) + Zoom

par Hugo Lourenço-Martins
chargé de recherche CNRS au CEMES, Toulouse

 

 

 

Lien Zoom :
https://cnrs.zoom.us/j/94504560688?pwd=b0g1QUo1eldvUTQ2djMza1ZwQ2orUT09

 

La spectroscopie de perte d’énergie des électrons (EELS) dans un microscope électronique à transmission (TEM) est une technique puissante pour sonder les excitations optiques et électroniques avec une résolution spatiale sub-nanométrique. Cependant, pour sonder les pertes spontanées, cette technique : (1) reste intrinsèquement incapable de détecter les propriétés liées à la phase (par exemple, le dichroïsme), (2) ne fournit pas un accès dans le domaine temporel aux processus ultrarapides et (3) est limitée dans sa résolution spectrale, même pour les sources d’électrons les plus avancées disponibles (10-100 meV).

Les développements récents dans le domaine de la microscopie électronique à transmission ultrarapide (UTEM) promettent de surmonter ces limitations en sondant les modes optiques excités par laser avec des impulsions électroniques femtosecondes. Plus précisément, dans un schéma stroboscopique de pompe laser/sonde électronique, un échantillon optiquement excité est mesuré avec des paquets d’ondes électroniques ultrabrèves photo-émises et le balayage de leur délai relatif donne accès à la dynamique ultrarapide impliquée.

Un tel instrument combine donc la résolution spatiale d’un TEM conventionnel (nm) avec les résolutions spectrale et temporelle inégalées fournies par les lasers ultrarapides (respectivement sub-meV et centaines de femtosecondes), et offre donc des capacités uniques pour sonder les champs optiques à l’échelle nanométrique.

Dans ce séminaire, je démontrerai comment cette technique - appelée microscopie électronique à champ proche induite par photons (PINEM) - peut être utilisée pour analyser la réponse optique de micro- et nano-résonateurs individuels directement à l’échelle nanométrique et avec une résolution de l’ordre de la femtoseconde. Je montrerai d’abord que la combinaison de techniques de mise en forme de phase appliquées au laser ou au faisceau d’électrons permet d’extraire des quantités liées à la phase dans les expériences PINEM.

Ensuite, je présenterai notre analyse de données basée sur la méthode des éléments de frontière (BEM) qui nous permet d’extraire des cartes de champ proche optique, la magnitude et la phase relative de chaque mode d’un résonateur plasmonique excité par le laser de pompe femtoseconde, comme illustré sur la figure.

Enfin, je démontrerai théoriquement et expérimentalement que le champ proche optique plasmonique peut être manipulé de manière cohérente en pompant le système avec deux impulsions optiques verrouillées en phase de longueur d’onde différente, ce qui permet de créer un modèle de battement complexe entre deux modes plasmoniques différents dans le même nanorésonateur.