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Nanostructures photoniques pour le contrôle de nanosources

Julien LAVERDANT Institut Langevin, ESPCI PARIS-TECH

Le taux d’émission d’un système à deux niveaux n’est pas une propriété intrinsèque mais dépend très fortement de son environnement local. Ainsi, il est possible de modifier le taux d’émission, le diagramme de rayonnement et donc la collection des photons émis par de telles sources. Dans ce cadre, de très nombreuses équipes de recherche se sont orientées vers différentes structures. Les applications potentielles concernent de nombreux domaines : sources de photons efficaces pour la cryptographie quantique, lasers à bas seuil, sondes moléculaires performantes pour l’imagerie …

Dans ces perspectives de contrôle, deux types de structures sont envisagées :
Les cavités diélectriques ou semi-conductrices qui permettent de confiner le champ sur une taille imposée par la diffraction et pendant un temps long (mode avec un grand facteur de qualité).
Les structures métalliques supportant des modes plasmons. Le plasmon est un mode de résonance localisé sur une dizaine-centaine de nanomètres à l’interface métal-diélectrique. Ce faible volume de champ les rend très attractifs malgré un facteur de qualité moins grand (lié à l’absorption) que les cavités précédemment citées.

Dans ce cadre, je présenterai mes travaux de recherche concernant l’étude aussi bien de nano-objets ou de surfaces nanostructurées pour le contrôle d’émetteurs de lumière.
Dans un premier temps, nous nous intéresserons aux cas des nanoparticules métalliques isolées ou agrégées. Je présenterais des résultats concernant la photoluminescence de nanoparticules d’or1 et la présence de diffusion-exaltation du champ électromagnétique dans les films semi-continus2.
Dans une deuxième partie, je présenterais mes travaux de recherche concernant l’émission de nanocristaux de type cœur-coquille pour l’optique quantique. Nous verrons le potentiel des surfaces d’or et des cavités dans un cristal photonique3 pour ces applications.

1 M. Loumaigne, A. Richard, J. Laverdant, D. Nutarelli, and A. Débarre, Nano Lett., 10 (8), 2817-2824 (2010)

2 Julien Laverdant, Stéphanie Buil, Bruno Bérini and Xavier Quélin, Phys. Rev. B 77, 165406 (2008)

3 A. Avoine, C. Vion, J. Laverdant, C. Schwob, S. Bonnefont, O. Gauthier-Lafaye, L.Coolen and A. Maître,
Phys. Rev. A. 82, 063809 (2010)