Cours 2021-2022

Plasmonique et applications [SPHYM134]

  • 3 crédits
  • 15h+15h
  • 2e quadrimestre
Langue d'enseignement: Français
Enseignant: HENRARD Luc

Acquis d'apprentissage

Notions théoriques à maitriser à la fin de l'enseignement: propriétés optiques des métaux, plasmons de volume, plasmons-polaritons de surface, plasmons de surface localisés, méthodes d'excitation.

Comprendre les champs d'applications de la plasmonique.

Savoir utiliser des outils numériques à bon escient en vue de résoudre un problème de plasmonique.

Objectifs

  • Comprendre les notions clés de la plasmonique telles que les propriétés optiques des métaux, les plasmons de volume, les plasmons-polaritons de surface, les plasmons de surface localisés.
  • Mobiliser ces concepts théoriques pour comprendre les applications qui en découlent.
  • Utiliser des codes de calcul numérique pour résoudre un problème de plasmonique donné.

Contenu

1. Propriétés optiques des métaux

1.1 Equations de Maxwell  

1.2 Fonction diélectrique des métaux – Approximation de Drude-Lorentz – Fréquence plasma

1.3 Absorption des métaux – profondeur de peau  

1.4 Métaux réels 

2. Plasmons de volume

2.1 Relation de dispersion d’un gaz d’électrons libres

2.2 Notions de plasmons de volume 

3. Plasmon polariton de surface

3.1 Définition et origine physique

3.2 Polaritons à une interface

3.3. Relation de dispersion

3.4 Plasmons dans les multicouches

3.4.1 Configuration diélectrique-métal-diélectrique (IMI)

3.4.2 Configuration métal-diélectrique-métal (MIM)

3.5 Confinement de l’énergie et longueur effective du mode

4. Plasmons de surface localisés

            4.1 Théorie des plasmons de surface localisés

                        4.1.1 Introduction et modèle théorique

                        4.1.2 Problème aux valeurs propres dans le régime électrostatique

                        4.1.3 Amplitude d’excitation

            4.2 Théorème optique et sections efficaces

                         4.2.1 Section efficace d’absorption

                         4.2.2 Section efficace de diffusion

                         4.2.3 Atténuation de la radiation

             4.3 Couplage plasmonique entre deux particules

                         4.3.1 Hybridation plasmonique

                         4.3.2 Modes « bright » et « dark »

                         4.3.3 Résonances de Fano

             4.4 Différentes formes de particules

                         4.4.1 Nanoparticules sphériques

                         4.4.2 Nanoparticules ellipsoidales

                         4.4.3 Nanoholes et nanovoids

                         4.4.4 Nanocoquilles

                         4.4.4 Nanodisques, nanobatonnets et nanotriangles

5. Méthodes d’excitations

5.1 Impact par des particules chargées (EELS)  

5.2 Couplage via un prisme  

5.2.1 Configuration d’Otto  

5.2.2 Configuration de Kretschmann  

5.3 Couplage par un réseau de diffraction & anomalies de Wood

5.4 Couplage avec des faisceaux fortement focalisés  

5.5 Couplage par champ proche

6. Applications

6.1 Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) 

6.2 Exhaltation de la radiation, quenching et optique non-linéaire

6.3 Capture de lumière pour énergie solaire et autres applications

6.4 Laser plasmonique (spaser)

6.5 Senseurs plasmonique en biologie

6.6. Métasurfaces et contrôle de la réflexion/réfraction

6.7 Applications en opto-mécanique

6.8 Dimères/oligomères et structures en chaine pour transport d’énergie

6.9 Thermothérapie et génération de chaleur

6.10 Coloration

Description des exercices

Exercices numériques portant sur l'utilisation de codes numériques utilisés en plasmonique.


Méthodes d'enseignement

Cours magistral suivi d'un travail proposé et encadré par l'assistant. Des séances de travaux dirigés sont également prévues pour les aspects numériques.

Mode d'évaluation

Examen en deux parties.

Partie théorique (2/3 de la note finale): L'étudiant tire une question au hasard dans une liste portant sur la matière vue au cours magistral et expose oralement sa réponse.

Partie exercices (1/3 de la note finale): L'étudiant prépare un travail sur une application. Il sera également noté sur la remise des exercices numériques proposés lors de séances de travaux dirigés.

Sources, références et supports éventuels

-Plasmonic : Fundamentals and applications. S.A. Maier. Springer 2007 (disponible à la BUMP+ Bureau)

- Absorption and Scattering of light by small particles. C.F. Bohren, D.R. Huffman 1983 (Bureau)

- Modern introduction to surface plasmons. Sarid and Challener 2010 (Bureau)
                                                                   

Langue d'enseignement

Français

Lieu de l'activité

NAMUR

Faculté organisatrice

Faculté des sciences
Rue de Bruxelles, 61
5000 NAMUR

Cycle

Etudes de 2ème cycle