Barre 22-32, 3e étage, pièce 317
Xingyu Yang, doctorant dans l’équipe Nanophotonique et optique quantique de l’INSP.
Manipulation de l’effet Faraday inverse à l’échelle nanométrique
Résumé
Le magnétisme induit par la lumière désigne le phénomène par lequel un matériau estmagnétisé par une impulsion optique. Dans les matériaux transparents, cette magnétisation peut être directement induite par une lumière polarisée circulairement. De même, dans les matériaux métalliques, la lumière polarisée circulairement peut entraîner des électrons le long de trajectoires solénoïdales microscopiques, ce qui entraîne une magnétisation. Parfois, la lumière génère des courants macroscopiques continus qui induisent une magnétisation continue dans les métaux. Collectivement, ces phénomènes font partie de l’effet Faraday inverse.
Dans le cadre de cette recherche doctorale, j’ai étudié les courants de dérive induits par la lumière dans diverses nanoantennes en or, afin d’obtenir des champs magnétiques stationnaires améliorés par effet plasmonique. Pour cette étude, j’ai utilisé la méthode FDTD (Finite- Difference Time-Domain) ainsi que les théories appropriées sur le magnétisme induit par la lumière. Tout au long de cette thèse, nous avons analysé les propriétés optiques de différentes nanoantennes et élucidé les mécanismes physiques à l’origine des courants de dérive induits par la lumière et des champs magnétiques stationnaires. Nous avons démontré une méthode permettant d’obtenir des effets de Faraday inverses renforcés par des plasmons et exploré la faisabilité de la magnétisation par une lumière incidente polarisée linéairement. En outre, nous avons étendu l’effet Faraday inverse à de nouveaux domaines de recherche, notamment la création de skyrmions par le biais de champs magnétiques stationnaires.
Les effets magnétiques induits par la lumière restent un domaine de recherche riche et prometteur. Les résultats de cette étude ont des applications potentielles dans divers domaines tels que les matériaux et dispositifs magnéto-optiques, le stockage optique de données, les applications biomédicales, la spintronique, l’informatique quantique, la recherche fondamentale en électromagnétisme et la science des matériaux.
MOTS CLÉS: effet Faraday inverse, nanoantenne plasmonique, manipulation du champ optique, courant de dérive, magnétisme induit par la lumière
Manipulating the inverse Faraday effect at the nanoscale
Abstract
Light-induced magnetism refers to the phenomenon where a material becomes magnetized by an optical pulse. In transparent materials, this magnetization can be directly induced by circularly polarized light. Similarly, in metallic materials, circularly polarized light can drive electrons along microscopic solenoidal paths, resulting in magnetization. Occasionally, light generates macroscopic circulating DC drift currents, which further induce DC magnetization in metals. Collectively, these phenomena are termed the inverse Faraday effect.
In this PhD research, I investigated light-induced drift currents in various gold nanoantennas, achieving plasmonically enhanced stationary magnetic fields through these currents. The study utilized the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method alongside pertinent theories of light-induced magnetism. Throughout these projects, we analyzed the optical properties of different nanoantennas and elucidated the physical mechanisms behind light-induced drift currents and stationary magnetic fields. We demonstrated a method to achieve plasmonically enhanced inverse Faraday effects and explored the feasibility of magnetization through linearly polarized incident light.Furthermore, we extended the inverse Faraday effect to new research domains, including the creation of skyrmions via stationary magnetic fields.
The magnetic effects induced by light remain a rich and promising field of research. The findings of this study have potential applications in various areas, such as magneto-optical materials and devices, optical data storage, biomedical applications, spintronics, quantum computing, fundamental electromagnetism research, and advanced materials science.
KEYWORDS: inverse Faraday effect, plasmonic nanoantenna, optical field manipulation, drift current, light-induced magnetism
Jury
- Gérard COLAS DES FRANCS – Professeur Reviewer
- Rafael SALAS MONTIEL – Ingénieur de recherche HDR Reviewer
- Fadi BAIDA – Professeur Examiner
- Philippe SAINCTAVIT – Directeur de recherche Examiner
- Mahmoud ELSAWY – Inria Starting Faculty Position (ISFP) Examiner
- Mathieu MIVELLE – Chargé de recherche Thesis director
