Contribution à l'étude théorique, numérique et expérimentale des nanoantennes patch optiques

Contribution to the theoretical, numerical and experimental study of optical patch nanoantennas

• Auteur / Autrice : Caroline Lemaître
• Direction : Emmanuel Centeno
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/10/2016
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Maître
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Robert-Goumet, Antoine Moreau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Plain, Stéphane Larouche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biocapteurs

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Nanoparticles

Résumé

Dans le domaine des biocapteurs, une absorption efficace du champ électromagnétique dans un espace restreint est essentielle. L’utilisation de nanoparticules métalliques assimilables à des métamatériaux est le meilleur moyen à ce jour pour amplifier le champ. En effet, en plaçant un film diélectrique entre une plaque métallique et ces particules, on permet la propagation d’un gap-plasmon sous les particules. Cela localise le champ magnétique sous les particules et le champ électrique sur le bords de ces nanoparticules. Les résonances de ce système sont très sensible à l’environnement du gap-plasmon ce qui permet une analyse très précise. Bien que nous pouvons expliquer d’où proviennent ces résonances, l’efficacité à absorber de ces structures reste encore mal comprise. Le contrôle interférométrique est une réponse à cette efficacité. Dans ce rapport, je montre qu’une modélisation interférométrique de ce système peut parfaitement expliquer l’absorption. En effet, le contrôle interférométrique explique bien la présence de résonances à des longueurs d’ondes précises ou encore l’apparition de résonances lorsque l’angle d’incidence n’est plus normal. Cette étude est très importante pour comprendre et mieux maîtriser les biocapteurs. En outre, cette modélisation pourra expliquer l’amplification du champ dans ces structures et permettra de prévoir les résonances d’un système dans divers environnements.

In the field of biosensors, efficient absorption of the electromagnetic field in a confined space is essential. The use of metallic nanoparticules comparable to metamaterials is the best way, to date, to amplify the field. In fact, by placing a dielectric film between a metal substrate and these particules, we allow the propagation of a gap-plasmon under these particules. This locates the magnetic field under these particules and the electric field on the edges of these nanoparticules. The resonances of this system are very sensitive to the environment of the gap-plasmon which allows very precise analysis. Although we can explain where these resonances come from, the efficiency to absorb of these structures remains poorly understood. The interferometric control is a response to this efficiency. In this report, I show that interferometric modeling of this system can fully explain the absorption. Indeed, the interferometric control well explains the presence of resonances at specific wavelenghts or the appearance of resonances when the angle of incidence is not normal. This study is very important to understand and master biosensors. In addition, this model can explain the amplification of the field in these structures and will allow us to provide the resonances of a system in various environments.