L'objectif des recherches en nanophotonique est de maîtriser les interactions lumière / matière aux échelles inférieures à celle de la longueur d'onde (la longueur d'onde de la lumière visible est comprise entre 400 et 700 nm). La photonique comprend l’ensemble les sciences et technologies impliquées dans la production de photons, leur propagation et leur absorption par la matière.
Les propriétés photoniques de la matière condensée dépendent autant des propriétés intrinsèques de ses constituants (molécules, réseau cristallin,…), que de leur organisation aux échelles nanométriques.
Le laboratoire de nanophotonique du SPEC (Équipe SPEC/LEPO) se concentre sur la plasmonique moléculaire, c'est à dire les différents mécanismes d'interaction photonique entre des molécules conjuguées et des nanostructures métalliques. La conception et le développement de nano-objets hybrides offrant des fonctions photoniques innovantes sont recherchés en combinant les aspects suivants de la nanophotonique :
- plasmonique
- nanophotonique non-linéaire
- objets photoniques auto-assemblés
Les applications visées au travers de projets collaboratifs pluridisciplinaires concernent les domaines des technologies de l’information et de la communication (nanophotonique intégrée, stockage de données), de l’énergie propre (photovoltaique, éclairage froid), du vivant (marqueurs, capteurs et actuateurs optiques), ainsi que des thèmes plus prospectifs tels que la manipulation optique de nano-objets ou la photonique à 1 photon, 1 électron, 1 molécule.
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En optique la diffraction impose une limite physique sur la taille des objets que l'on peut observer.de l'ordre de la longueur d'onde. Ainsi, à une fréquence de 1 THz, dans le domaine intermédiaire entre l'infra-rouge et les microondes, correspond une longueur d'onde de 0.3 mm. Une méthode pour s'affranchir de cette forte limitation est de convertir l'onde lumineuse en un signal électronique oscillant à la fréquence de la lumière, mais localisé sur une structure de très petite taille, une voie déjà explorée pour la lumière visible. Dans cette étude récente, il est montré qu'il est possible de piéger des ondes TeraHertz (THz) dans des "boîtes à photons" d’une taille très inférieure à leur longueur d’onde. Contrairement aux approches usuelles utilisant des métaux pour confiner les photons THz, ces cavités exploitent un mécanisme dit "plasmonique", basé sur des modes de plasmon de surface (oscillation de charges), de fréquence THz dans les semi-conducteurs. Le mécanisme en jeu s'avère très efficace et il permet de confiner les photons jusqu’à des échelles très petites, caractéristiques des électrons du matériau semi-conducteur. Il est enfin montré que des phénomènes inhabituels d’interaction lumière-matière apparaissent et imposent une limite ultime au confinement de la lumière dans la gamme THz, via ce mécanisme plasmonique. |
