Les nanoparticules plasmoniques peuvent concentrer l'énergie électromagnétique à l'échelle du nanomètre, offrant des applications prometteuses dans divers domaines tels que les circuits photoniques ou les laboratoires sur puce miniaturisés. Une condition essentielle pour ces applications est d'obtenir un couplage efficace entre les nanoparticules et le signal d'excitation. Les chaînes de nanoparticules plasmoniques sont capables de guider la lumière à une échelle inférieure à la longueur d'onde et peuvent être excitées en étant couplées à un guide d'onde diélectrique. Une équipe du C2N propose ici une nouvelle configuration structurelle qui permet le positionnement à la demande de la chaîne par rapport au guide d'onde. L’existence d’un régime de couplage critique entre un guide d’onde en silicium et une chaîne plasmonique est démontrée expérimentalement et numériquement, grâce à un contrôle précis de leur distance relative. Dans ce régime, la chaîne plasmonique passe de son mode de transmission bien connu à un nouvel état de cavité résonante, en fonction de la force du couplage entre le guide et la chaine. Dans la région de couplage critique, la quasi-totalité de l'énergie du mode du guide d'onde est ainsi piégée dans la chaîne, ce qui entraîne une vitesse de groupe réduite et un fort confinement spatial avec une réponse spectrale étroite. Ce résultat ouvre la voie à un adressage optimal des nanostructures par l'intermédiaire de guides d'ondes intégrés, ce qui permettrait d'obtenir des nanopinces ou des nano-chauffeurs optiques très efficaces. En outre, le ralentissement de la vitesse de groupe accroît les interactions lumière-matière et pourrait être bénéfique pour l'amplification catalytique et les capteurs. Enfin, le couplage de ces structures avec un matériau à changement de phase pourrait permettre le développement de dispositifs optiques nano-accordables avancés.
Références
Critical coupling in plasmonic chain for efficient energy trapping.
Marius Crouzier1,3, Fei Mao1, Giovanni Magno2, Vy Yam1, Carlos Alonso-Ramos1, Jean-René Coudevylle1, Etienne Herth1, Christophe Dupuis1, Xavier Leroux1, Thomas Lopez3 & Béatrice Dagens1
Sci Rep 15, 22072 (2025)
DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-025-05446-7
Affiliations
1Université Paris-Saclay, CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Palaiseau, 91120, France
2Department of Electrical and Information Engineering, Polytechnic University of Bari, Via Orabona, 4, Bari, 70125, Italy
3Centre technique de Vélizy, Stellantis, Vélizy-Villacoublay, 78140, France
Figure : (a-b) Schéma de la structure étudiée. Le guide d'onde en Si est encapsulé dans une couche de SiO2. La hauteur hox de cette couche peut être ajustée au cours du processus de fabrication. La surface plane qui en résulte permet de positionner les chaînes de nanoparticules avec un décalage latéral y-pos par rapport aux guides d'ondes. (c-d) Images MEB de l'échantillon, avec ypos = 410 nm. (d) Transmittance mesurée du guide d'onde pour une chaîne de 15 NP et différentes valeurs de hox : hox1 = 35 ± 5 nm, hox3 = 75± 5 nm, et hox2 se situe entre ces deux valeurs. Le décalage latéral est constant pour les trois chaînes: y-pos = 300 nm. La transmittance minimale, correspondant au régime de couplage critique, est atteinte à hox = hox2.
Contact : Béatrice Dagens
MOTS CLEFS : plasmons; photonique intégrée; couplage critique; théorie temporelle des modes couplés ; chaine de nanoparticules
