Amphithéâtre Herpin, bâtiment Esclangon
Lingfei Cui, doctorante dans l’équipe Nanostructures et optique
Antennes photoniques pour amplifier les interactions entre la lumière et la matière chirale
Résumé
Cette thèse porte sur l’amélioration des interactions entre la lumière et la « matière chirale » en utilisant des nanorésonateurs plasmoniques en vue de détecter et sonder les molécules chirales avec une grande sensibilité en générant des champs chiraux ultra-forts. Le travail porte sur deux domaines principaux.
Le premier consiste à décrire et à comprendre l’origine des propriétés chirales des champs
électromagnétiques dans des nano-ouvertures plasmoniques résonantes non chirales. Cette partie est réalisée à l’aide de simulations FDTD. Il est montré que des nano-ouvertures plasmoniques résonantes non chirales génèrent des champs proches chiraux forts et uniformes, quantifiés par une densité de chiralité supérieure à 5. Ces champs chiraux peuvent être générés de l’extérieur en utilisant une polarisation linéaire. Le signe de la chiralité et son amplitude pouvent être ajustés avec la polarisation et la longueur d’onde. Les effets restent robustes face à des variations de forme, ce qui les rend intéressants pour des applications pratiques. Le second domaine consiste en une analyse mathématique des propriétés des champs électromagnétiques des nano-ouvertures plasmoniques en s’appuyant sur un modèle de rayonnement d’un dipôle magnétique. Ce modèle permet de comprendre les paramètres sous- jacents à l’œuvre dans les propriétés spécifiques des nano-ouvertures résonantes, en particulier liés à l’exacerbation du champ électrique local. Une technique d’optimisation de la densité de chiralité en fonction de l’état de polarisation incidente est proposée en développant une méthode basée sur la matrice de Jones.
Photonic antennas to amplify interactions between light and chiral matter
Abstract
This thesis focuses on improving interactions between light and « chiral matter » using plasmonic nanoresonators to detect and probe chiral molecules with high sensitivity by generating ultra-strong chiral fields. The work focuses on two main areas. The first is to describe and understand the origins of chiral electromagnetic field properties in non-chiral resonant plasmonic nanoslits. This part is carried out using FDTD simulations. It is shown that non-chiral resonant plasmonic nanoslits generate strong and uniform chiral near-fields, quantified by a chirality density larger than 5. These chiral fields can be generated externally using linear polarization. The sign of the chirality and its amplitude can be adjusted with polarization and wavelength. The effects remain robust to variations in shape, making them interesting for practical applications. The second area involves a mathematical analysis of the electromagnetic field properties of plasmonic nanoslits, based on a radiation model of a magnetic dipole.
This model enables us to understand the underlying parameters at work in the specific properties of resonant nanoslits, in particular those related to the exacerbation of the local electric field. A technique for optimizing the chirality density as a function of the incident polarization state is proposed by developing a method based on the Jones matrix
Jury
- M. BAUDRION, Anne-Laure, Maîtresse de conférence, L2n, Université de Technologie de Troyes – Rapporteur
- M. BATTIE, Yann, Professeur, LCP-A2MC, Université de Lorraine – Rapporteur
- Mme PARIGI, Valentina, Professeure, LKB, Sorbonne Université – Examinatrice
- M. PELLARIN, Michel, Directeur de recherche, ILM, Université Claude Bernard Lyon 1 – Examinateur
- M. MIVELLE Mathieu, Chargé de Recherche, INSP, Sorbonne Université – Directeur de thèse
- M. GALLAS Bruno, Chargé de Recherche, INSP, Sorbonne Université – Directeur de thèse
