Les métamatériaux, des micro-ondes à l’optique : théorie et applications

par Boubacar Kanté

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de André de Lustrac.

Soutenue en 2009

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Métamatériaux
• Optique
• Hybridation

Résumé

Ce travail de thèse constitue une contribution originale et importante à la compréhension à la fois théorique et expérimentale des métamatériaux en micro-ondes et en infrarouge. Nous avons réalisé et caractérisé sur silicium des nano-structures metallo-diélectriques, briques de base des métamatériaux infrarouge et optique. Des caractérisations optiques exhaustives ont été réalisées pour la première fois sur ces structures en amplitude et en phase par interférométrie. Des topologies plus simples de métamatériaux d’un point de vue technologique et des performances optiques ont été introduites, et leur potentiel démontré dans la réalisation de fonctions aussi complexes que la réfraction négative, le couplage de mode plasmoniques, les nano senseurs pour la biologie et l’invisibilité électromagnétique en infrarouge. Les transformations d’espace, et le nouveau paradigme qu’elles offrent à l’optique, rendant possible une ingénierie de l’espace pour les photons ainsi que leur implémentation par métamatériaux ont été présentés par la première démonstration expérimentale d’une cape d’invisibilité non magnétique.

Titre traduit

Metamaterials, from microwaves to optics : theory and applications

Résumé

This Ph. D work is an original and important contribution to the theoretical and experimental understanding of microwave and infrared metamaterials. We have realized and characterized on silicon, nano-metallo-dielectric building blocks of infrared and optical metamaterials. Exhaustive optical measurements on such structures have been done for the first time in magnitude and phase by interferometric techniques. New metamaterials topologies regarding both the nano-fabrication ease and the optical performance have been introduced and their potential demonstrated in achieving functions as complex as negative refraction, plasmons modes coupling, sensing for biological applications and infrared invisibility. Space coordinate transformation and the new paradigm in engineering space for light as well as its implementation with metamaterials have been presented through the first experimental demonstration of a nonmagnetic cloak.