Conception et réalisation de nanostructures non-réciproques magnéto-plasmoniques intégrées

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Ajouté le: 24/05/2014
Directeur : YAM Vy - vy.yam@u-psud.fr
Titre : Conception et réalisation de nanostructures non-réciproques magnéto-plasmoniques intégrées
Thèmes : Électronique, opto-électronique, Nano-sciences, nanotechnologies
Laboratoires : IEF - Institut d'Electronique Fondamentale UMR 8622
Description :

 Lieu : IEF - Institut d'Electronique Fondamentale UMR 8622
Contacts : Navy YAM : vy.yam@u-psud.fr,
Béatrice DAGENS : beatrice.dagens@u-psud.fr

Alors qu’un très grand nombre de fonctions optiques peut déjà être inséré dans des circuits semiconducteurs actifs ou passifs, notamment pour les télécoms, la fonction d’isolation optique (ou de transmission optique non-réciproque) n’existe toujours pas sous forme intégrable. Le développement d’une structure optique guidée avec des fonctionnalités non-réciproques requiert la présence de matériaux dits magnéto-optiques (MO). La présence d’un champ magnétique fixe brise la symétrie de renversement de temps dans les équations de Maxwell et induit donc des effets non-réciproques. Les matériaux les plus utilisés dans la gamme spectrale des télécoms optiques (1,3-1,55µm) sont les grenats de fer à base de terres rares comme l’Yttrium, le Bismuth ou le Cerium. Ils ont l’avantage de combiner des effets MO assez importants avec une quasi-transparence dans le proche infra-rouge. Dans des configurations de guidage optique « classique » (type ridge), les effets MO de grenats restent néanmoins trop faibles pour pouvoir envisager des circuits non-réciproques miniaturisés.
La nanostructuration périodique des matériaux MO en cristal photonique [1] est logiquement une des voies explorées pour augmenter la non-réciprocité optique des grenats. Les effets de décélération de la lumière à cause des interférences dans le cristal photonique augmentent le temps d’interaction avec le matériau et mènent ainsi à des effets non-réciproques exaltés.
Une autre solution originale et novatrice, et complémentaire consiste à augmenter l’interaction magnéto-optique en exploitant la forte concentration de la lumière lorsqu’elle est guidée par une interface métallique. Ces effets magnéto-plasmoniques conduisent à l’exaltation des effets magnéto-optiques en espace libre [2].
Cette thèse consistera à contribuer à une meilleure compréhension de la physique de la magnéto-plasmonique en développant des modèles théoriques et des outils numériques permettant de simuler la réponse électromagnétique des nanostructures magnéto-plasmoniques. Un des buts principaux de cette étude théorique sera d’étudier par modélisation la possibilité d’obtenir une exaltation de la non-réciprocité par des effets magnéto-plasmoniques dans une structure d’optique guidée.
Le candidat vérifiera ensuite expérimentalement les nouveaux concepts qu’il aura développés. La fabrication de prototypes reposera notamment sur l’expertise développée au sein de la centrale de nanotechnologie à l’IEF (CTU-MINERVE) en nanostructuration de films minces de métaux nobles sur une grande variété de substrats. La caractérisation expérimentale des nouveaux concepts magnétoplasmoniques se fera aussi bien sur un banc de diffraction magnéto-optique (pour les composants en espace libre) que sur un banc de magnéto-optique guidée et fibrée (pour les structures intégrées) présents à l’IEF.

Le candidat présentera de bonnes connaissances en électromagnétisme et en physique des composants opto-electroniques. Le candidat aura un goût particulier pour le travail expérimental et pour l’analyse théorique.

[1] Mathias Vanwolleghem, et al,“Unidirectional band gaps in uniformly magnetized two-dimensional magnetophotonic crystals”, Physical Review B, Vol.80, No.12, 121102(R) (2009), 15 September 2009
[2] L. Halagacka et al, “Coupled mode enhanced giant magnetoplasmonics transverse Kerr effect,” Optics Express Vol. 21, Iss. 19, pp. 21741–21755 (2013)