Contrôle de l'émission et de la propagation de lumière par des nanostructures diélectriques à fort indice de réfraction

Nanosources of light based on quantum emitters coupled to high-refractive index dielectric nanostructures

• Auteur / Autrice : Martin Montagnac
• Direction : Vincent Paillard, Gonzague Agez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la Matière
• Date : Soutenance le 29/09/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (Toulouse ; 1988-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Gauthier-Lafaye
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Etienne Brasselet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Bonod, Stéphanie Buil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanophotonique

Réfraction

Nanoantennes

Mots clés libres

Simulations numériques

Nanoantennes à haut indice de réfraction

Mie-tronique

Intéraction lumière matière

Nano optique

Spectroscopy optique

Numerical simulations

High index dielectric nanantennas

Mie-tronics

Light matter interaction

Nano optics

Optical spectroscopy

Résumé

La thèse de doctorat, couplant expériences d'optique et simulations numériques, vise à étudier les propriétés optiques en champ proche et en champ lointain de nanostructures hybrides composées d'émetteurs quantiques (ions terre rare, monocouche de TMD, ...) couplés à des nano antennes diélectriques à fort indice de réfraction (typiquement des nanostructures de silicium). La fabrication des Si-NS et le dépôt des émetteurs sont effectués par des partenaires dans le cadre d'un projet de recherche financé par l'agence nationale de la recherche (ANR). La thèse comprend trois parties à mener à bien : (i) le design des nanostructures de silicium pour des besoins spécifiques, (ii) la caractérisation complète des propriétés optiques des systèmes hybrides en utilisant les différents dispositifs expérimentaux disponibles au CEMES (diffusion élastique de la lumière, imagerie de photoluminescence stationnaire ou résolue en temps, spectroscopie exaltée par pointe), et (iii) simulations numériques avec les outils disponibles au CEMES pour modéliser ou prédire les résultats expérimentaux. L'objectif final est de produire une nano source de lumière offrant simultanément une grande brillance et une grande directivité.

The PhD thesis, coupling optical experiments and numerical simulations, aims at studying the near- and far-field optical properties of hybrid nanostructures made of high refractive index dielectric nanostructures (typically silicon) coupled to quantum emitters (rare earth ions, TMD monolayer). The Si-NS fabrication and the emitter depositions on the Si-NS are performed by partners in the framework a funded project by national research agency (ANR). The rPhD thesis includes three parts: (i) design of silicon nanostructures for specific goals, (ii) full characterization of the hybrid systems optical properties using the different devices available at CEMES (elastic light scattering, CW and time-resolved photoluminescence mapping, Tip Enhanced Spectroscopy); (iii) simulations using numerical tools available at CEMES to model or predict the experimental results. The main objective is to produce an optimized nanosoruce of light exhibiting both high brightness and directivity.