Génération de Seconde Harmonique dans des nano-antennes plasmoniques.

par Logi Olgeirsson

Projet de thèse en Nanophysique

Sous la direction de Guillaume (phys) Bachelier.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (laboratoire) depuis le 01-10-2012 .


  • Résumé

    Les métaux nobles présentent des propriétés optiques singulières de par la présence d'oscillations collectives des électrons connues sous le nom de résonances plasmons. En présence d'une nanostructuration de la matière, ces résonances sont associées à une forte localisation (à une échelle sub-longueur d'onde) et exaltation (plusieurs ordres de grandeurs) du champ électromagnétique. Ces résonances tiennent ainsi une place toute particulière dans les propriétés non-linéaires, comme la génération de seconde harmonique (SHG), où les courants induits sont proportionnels au carré du champ excitateur. De récentes simulations ont notamment permis de montrer des résultats tout à fait inattendus tels qu'une diminution de l'intensité non-linéaire mesurée en champ lointain lors de la création d'un « point-chaud », pourtant associé à une forte exaltation du champ au niveau du gap entre deux particules, ou encore une décorrélation spatiale entre les zones de forte localisation du champ électrique à la fréquence fondamentale et à la fréquence harmonique. L'objectif est donc de venir sonder localement les champs électromagnétiques piégés au voisinage des structures plasmoniques pour comprendre le lien entre propriétés locales et manifestations observables en microscopie traditionnelle. Ce projet a pour but la réalisation sur une même particule unique de mesures en optique linéaire et non-linéaire, en champ proche et en champ lointain, comparées à des simulations numériques par éléments finis. Dans ce cadre, nous venons d'obtenir nos toutes premières cartographies SHG sur des nano-antennes uniques et nous avons développé des outils permettant de simuler la réponse non-linéaire de nanostructures sur substrat éclairé par un faisceau fortement convergent. Les objectifs de cette thèse sont donc : - réaliser des mesures de génération de second harmonique sur des nano-antennes plasmoniques uniques en champ lointain. - développement de la partie champ-proche du set-up expérimental afin de pouvoir étudier et comparer les phénomènes de plasmonique non-linéaire en champ proche et lointain. - comparer quantitativement les expériences à des simulations numériques développées par le directeur de thèse.

  • Titre traduit

    Second Harmonic Generation in Plasmonic Nano-antennas.


  • Résumé

    Noble metals have unique optical properties due to the existence of collective oscillations of electrons known as plasmon resonance. When the material is nano-structured, these resonances are associated with strong localization of the electromagnetic field at a sub-wavelength scale, as well as with an enhancement by several orders of magnitude. These resonances have peculiar non-linear properties, such as second harmonic generation (SHG) where the induced currents are proportional to the square of the exciting field. Recent simulations have shown unexpected results such as a reduction of the non-linear intensity in far field measurement when creating a "hotspot", despite being associated with a strong enhancement of the field at the gap between two particles. Another such result is the spatial decorrelation of the strong electric field localization areas at the fundamental frequency and the harmonic frequency. The goal is to locally probe electromagnetic fields trapped in the vicinity of plasmonic structures in order to understand the link between local properties and events observable by traditional microscopy. This project aims to carry near-field and far-field, linear and non-linear optical measurements on a single particle, and to compare them to finite elements numerical simulations. In this context, early maps of SHG on single nano-antennas have to be made, and tools to simulate the non-linear response of nanostructures on substrate illuminated by a highly convergent beam have been developed. The objectives of this thesis are: - far-field measurement of second harmonic generation on a single plasmonic nano-antenna. - develop the near-field measurement set-up to realize far-field/near-field study and comparison of the non-linear plasmonic effects. - quantitative comparison of experiments with numerical simulations developed by the supervisor.