Amortissement des excitations plasmoniques dans des assemblages unidimensionnels de nanoparticules métalliques

Decay of plasmonic excitations in one dimensional assemblies of metallic nanoparticules

• Auteur / Autrice : Adam Brandstetter-Kunc
• Direction : Rodolfo Jalabert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 15/12/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Michel Adam
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Halté, Giovanni Manfredi, Rafael Molina
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Michel Adam, Gert-Ludwig Ingold

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes mésoscopiques

Nanoparticules

Dimères

Plasmons

Mots clés libres

Matière condensée

Physique mésoscopique

Plasmonique

Dynamique des électrons

Condensed matter

Mesoscopic physics

Plasmonics

Electron dynamics

Résumé

Nous avons étudié la dynamique des électrons dans des réseaux de nanoparticules métalliques. Nous avons d'abord considéré le réseau le plus simple, c'est-à-dire le dimère de nanoparticules. Nous avons trouvé des fréquences propres du dimère hétérogène et ensuite nous avons appliqué l'approche du système quantique ouvert pour décrire les processus d’amortissement présents dans le système. Nous avons étudié deux processus d’amortissement qui dépendent de la taille des nanoparticules constituant le dimère: l'amortissement de Landau avec une proportionnalité inverse à la taille du système, et l’amortissement radiatif, proportionnel au volume du système. En utilisant les résultats de l'étude des dimères, nous avons étendu notre approche du système quantique ouvert pour étudier des chaînes de nanoparticules unidimensionnelles. Nous avons dérivé une équation maîtresse qui a été utilisée pour étudier la propagation des plasmons le long de la chaîne. Nous avons constaté que la propagation du plasmon est limitée que par les sources non radiatives d'amortissement. Enfin, nous avons dérivé l'expression analytique de la longueur de propagation d'un plasmon dans une chaîne de nanoparticules.

We studied the electron dynamics in metallic nanoparticle arrays. We first considered the simplestarray i.e. a nanoparticle dimer. We found the eigenfrequencies of the heterogeneous dimer andthen we applied the open quantum system approach to describe the decay processes present inthe system. We investigated two decay processes which depend on the size of the nanoparticlesbuilding up the dimer : the Landau damping, inversly proportional to the system-size, and radiationdamping, proportional to the volume of the system. Using the results of the dimer study weextended our open quantum system approach to study one-dimensional nanoparticle chains. Wederived a master equation and used it to investigate the propagation of plasmons along the chain.We found that the propagation of the plasmon is limited by the non-radiative sources of damping.Finally we derived an analytical expression for the propagation length of a plasmon in ananoparticle chain.