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La plasmonique — Transcript

by Antoine Moreau · 7,774 words · 1,227 segments · language en · Watch on YouTube

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  1. 0:00donc on va commencer par le spoiler du
  2. 0:04reste du cours qu'est-ce que c'est la
  3. 0:06plasmonique alors on peut faire des tas
  4. 0:09de jeux de mots pourris d'ailleurs sur
  5. 0:11ce nom là
  6. 0:13mais c'est pas ça qu'on va faire là HS
  7. 0:17alle ça
  8. 0:20commence donc plasmonique le nom au-delà
  9. 0:25des jaunes mot pourris ça vient bon
  10. 0:28originellement de plasma
  11. 0:31parce que c'est la alors dire que c'est
  12. 0:34une discipline c'est un peu difficile
  13. 0:37mais c'est la la la sous-partie de
  14. 0:40l'électromagnétisme de l'optique
  15. 0:42électromagnétique on est dans la
  16. 0:45l'optique
  17. 0:47donc on va utiliser les équations de
  18. 0:48Maxwell et l'idée c'est d'arriver à
  19. 0:51manipuler la lumière
  20. 0:54avec des
  21. 0:58métaux alors alors typiquement
  22. 1:01typiquement quoi les objets considérés
  23. 1:04en
  24. 1:04plasmonique ça va être ben soit des des
  25. 1:07des petites épaisseurs métalliques
  26. 1:11euh des particules métalliques alors moi
  27. 1:14j'ai un faible pour les
  28. 1:16cubes métalliqu quand je dis petite
  29. 1:20voilà on fait des cubes qui ont
  30. 1:22typiquement 75
  31. 1:24nanomè de taille
  32. 1:27et donc en en or en argent on les fait
  33. 1:31de
  34. 1:33façon on peut les fabriquer de façon
  35. 1:37chimique juste par synthèse ou on peut
  36. 1:39faire de la lithographie et graver des
  37. 1:41choses plus compliquées on peut faire
  38. 1:43des petits plots tout ça et l'idée c'est
  39. 1:47d'arriver à manipuler la lumière en
  40. 1:50utilisant ces structures là qui peuvent
  41. 1:52être répété euh on peut en faire voilà
  42. 1:55des réseaux de cubes ou disperser des
  43. 1:58nanoparticules bref
  44. 2:00le métal va avoir un effet sur la
  45. 2:02lumière alors c'est quelque chose qui
  46. 2:03est connu depuis très longtemps en
  47. 2:05réalité on en reparlera mais c'est
  48. 2:09utilisé dans les vitraux notamment parce
  49. 2:10que quand on met des nanoparticules dans
  50. 2:12les vitreux elles absorbent une partie
  51. 2:14de de la lumière et comme c'est des
  52. 2:16elles sont résonnantes elles absorbent
  53. 2:17qu'une partie du spectre et donc ça
  54. 2:19colore le vert et ça c'est connu depuis
  55. 2:22les Romains et on sait même
  56. 2:24que depuis très longtemps aussi c'est
  57. 2:28utilisé pour colorer les les des fois
  58. 2:32les c'est des des comment ils appelleent
  59. 2:35ça c'est de la poterie émaillée en fait
  60. 2:38dans laquelle on a incorporé des
  61. 2:39nanoparticules donc ça fait des effets
  62. 2:41optiques rigolo et ça on sait le faire
  63. 2:43depuis très longtemps sans savoir que
  64. 2:44c'est des nanoparticules alors comment
  65. 2:47ça se fait donc que les métaux ils sont
  66. 2:50capables enfin ils nous permettent de
  67. 2:52manipuler la lumière ou ils
  68. 2:53interagissent bien avec la lumière même
  69. 2:54si on je le répète he à 75 nanomè on on
  70. 2:57a une taille qui est très inférieure à
  71. 2:59la longueur
  72. 3:02d'onde comment ça se fait et ben parce
  73. 3:04que justement
  74. 3:07c'est des une boîte avec un plasma
  75. 3:10dedans en réalité c'est comme ça qu'il
  76. 3:13faut considérer les métaux à l'intérieur
  77. 3:15de tous les métaux il y a des électrons
  78. 3:18libres ce qui fait que et ils ont pas le
  79. 3:21droit de sortir du de la boîte mais à
  80. 3:23l'intérieur de votre boîte du métal ils
  81. 3:26sont libres de se déplacer et le fait
  82. 3:28qu'il soit libre de se déplacer ça va
  83. 3:30faire que alors un ils vont
  84. 3:33essentiellement renvoyer la lumière ça
  85. 3:35c'est le l'aspect miroir qu'on connaît
  86. 3:37mais le fait qu'il soit libre de se
  87. 3:39déplacer ça va faire que les
  88. 3:42euh bon il il y a un phénomène
  89. 3:45particulier mais qui mène on va en
  90. 3:48parler juste après qui mène au fait que
  91. 3:51ces petites particules résonnent en
  92. 3:54réalité quand la lumière arrive dessus
  93. 3:56et
  94. 3:57euh alors alors même
  95. 4:00même la couche de métal que j'ai dessiné
  96. 4:03ici elle peut avoir des résonances qui
  97. 4:06sont vraiment liées au fait que les
  98. 4:09électrons sont libres de bouger à
  99. 4:10l'intérieur et donc euh comme c'est un
  100. 4:14plasma on va commencer à parler de
  101. 4:16plasmonique si je suis exact en réalité
  102. 4:19c'est pas de plasma que ça vient mais
  103. 4:21plutôt de plasmon et les plasmons c'est
  104. 4:24l'onde euh équivalent au au son euh dans
  105. 4:30un gaz d'électron donc c'est l'onde
  106. 4:37longitudinale dans un gaz
  107. 4:41d'électron
  108. 4:43alors spoiler toujours
  109. 4:46hein hop dans un gaz d'électron donc
  110. 4:49c'est vraiment il faut vraiment imaginer
  111. 4:52une onbre de compression longitudinal
  112. 4:53qui avance dans le gaz
  113. 4:56d'électron spoiler euh en plasmonique
  114. 5:01attention ce plasm là on l'appelle en
  115. 5:04fait le plasm
  116. 5:06bulk c'est-à-dire c'est le plement 3D
  117. 5:09celui qui se balade à l'intérieur du
  118. 5:11plasma et c'est là qu'il a spoiler et
  119. 5:15queon commence à voir aussi les limites
  120. 5:18pas les limites mais ouais c'est c'est
  121. 5:19les caractéristiques d'un domaine qui
  122. 5:21est toujours en construction c'est que
  123. 5:23et puis qui a quand même un petit peu
  124. 5:24divergé de certain de la la physique du
  125. 5:27solide c'est qu'en fait il y aura jamais
  126. 5:29un seul placement bulk dans toute la
  127. 5:31plasmonique ou presque presque et nous
  128. 5:34on en parlera pas trop en tout
  129. 5:36cas mais on parlera beaucoup de
  130. 5:38placement mais de ce qu'on appelle des
  131. 5:40placements de surface qui n'ont en
  132. 5:41réalité absolument rien à voir avec un
  133. 5:44placement voilà rien à voir avec l'onde
  134. 5:47longitudinale dans un gaz d'électron en
  135. 5:49réalité nous ce qu'on va considérer donc
  136. 5:52voilà hop mais ça en fait il y en a pas
  137. 5:57nous ce qu'on va se considérer c'est
  138. 5:59simpleement
  139. 6:00au contraire l'onde transversale que
  140. 6:02vous connaissez qui que que vous appelez
  141. 6:05lumière hein l'onde lumineuse
  142. 6:08euh donc l'onde électromagnétique elle
  143. 6:12est
  144. 6:14transverse c'est-à-dire que vous avez en
  145. 6:18fait
  146. 6:19ouais vous avez divergence
  147. 6:21essentiellement divergence E é=
  148. 6:250 donc voilà cascalire E
  149. 6:29si on prend une onde plane ça fait
  150. 6:31casqueal E é= 0 c'est une onde
  151. 6:33transverse et l'onde longitudinale
  152. 6:35justement elle vérifie pas divergence
  153. 6:390 donc nous c'est ça c'est la lumière
  154. 6:42standard qu'on va considérer mais
  155. 6:44n'empêche que la plasmonique s'appelle
  156. 6:46la plasmonique parce que c'est plus joli
  157. 6:48à dire comme ça
  158. 6:51ok ensuite pourquoi est-ce que alors
  159. 6:55comment est-ce qu'on
  160. 6:56décrit les les métaux dans le cadre donc
  161. 7:01on se place dans le cadre de oups là
  162. 7:04dans pas de ça je sa pas bon ok se place
  163. 7:08dans le
  164. 7:09cadre des équations de
  165. 7:15Maxwell et le problème des équations de
  166. 7:18Maxwell c'est que elle ne dégrivent pas
  167. 7:21forcément ce qui se passe dans les
  168. 7:22métaux pour pouvoir décrire la réponse
  169. 7:26des métaux évidemment il faut incorporer
  170. 7:28un élément qui est le modèle de
  171. 7:31Drude alors modèle de Drude c'est 1900
  172. 7:35typiquement et ce qui est un peu dingue
  173. 7:37c'est que ben il marche super bien il a
  174. 7:40fallu attendre probablement 2012 pour
  175. 7:43que en terme de d'optique
  176. 7:45électromagnétique ça c'est tout ce que
  177. 7:47ça décrit he c'est la réponse des
  178. 7:48optiques des métaux pour qu'on
  179. 7:50s'aperçoive qu'il y avait des limites il
  180. 7:51a fallu attendre
  181. 7:532012 bien donc le modèle de drud en
  182. 7:57première approximation c'est ce que
  183. 7:59mettent les gens quand ils font de la
  184. 8:00plasmonique
  185. 8:02souvent il il dit essentiellement que un
  186. 8:06métal alors c'est ça qui est important
  187. 8:07on va le démontrer un métal c'est un
  188. 8:10diélectrique
  189. 8:14ou c'est il y a un diélectrique
  190. 8:16équivalent caractérisé par une
  191. 8:18permitivité diélectrique Epsilon
  192. 8:20relative Epsilon r
  193. 8:23euh donc on peut le faire mais ce
  194. 8:26Epsilon r dans le cadre du modèle de
  195. 8:28drud il est particulier
  196. 8:30puisquil va s'écrire typiquement alors
  197. 8:33modèle de Dr simplifié 1- ép au carré
  198. 8:38sur 2 ωp c'est ce qu'on va appeler la
  199. 8:40fréquence plasma al c'est une pulsation
  200. 8:43mais on va dire fréquence
  201. 8:50plasma donc c'est la fréquence plasma du
  202. 8:54plasma alors évidemment ce qu'il faut
  203. 8:58entendre euh dans cette forme là c'est
  204. 9:02que si ωga il est inférieur à P si on
  205. 9:06est en dessous de la fréquence plasma
  206. 9:08Epsilon r en fait il est négatif parce
  207. 9:11que p² sur ω2 c'est en fait plus grand
  208. 9:14que 1 et donc Epsilon R est inférieur à
  209. 9:170
  210. 9:18euh
  211. 9:20donc donc voilà donc c'est ça le truc
  212. 9:23qui caractérise les métaux finalement
  213. 9:26c'est que on va se retrouver avec
  214. 9:29des permitivités
  215. 9:32négatives alors voilà donc d'un point de
  216. 9:35[Musique]
  217. 9:36vue d'un point de vue réponse
  218. 9:40électromagnétique la caractéristique des
  219. 9:42métaux c'est ça on peut les considérer
  220. 9:43comme un diélectrique de permittivité
  221. 9:44négative alors vous allez me dire bon
  222. 9:48conséquence la première conséquence elle
  223. 9:50est un peu totalement
  224. 9:52inintéressante c'est que l'onde
  225. 9:54électromagnétique pénètre très très très
  226. 9:56très mal dans les métaux elle pénètre
  227. 9:58jusqu'à profondeur typique qu'on appelle
  228. 10:00l'épaisseur de pot alors là je vais
  229. 10:02mettre un petit peu d'équation mais dans
  230. 10:03l'idée hop
  231. 10:05là on est en train de on a
  232. 10:08elmolt donc notre champ électrique et
  233. 10:12aussi le champ magnétique il vérifie
  234. 10:15l'équation
  235. 10:19euh donc l'équation de lmols donc avec
  236. 10:23le Epsilon R qui est décrit par le
  237. 10:24modèle de dru K0 c'est 2 pi sur lambda0
  238. 10:29la longueur d'onde dans le vide c'est
  239. 10:30ωéga sur C
  240. 10:33euh et donc si on fait ça alors on va on
  241. 10:36va mettre des axes pour se repérer un
  242. 10:39petit peu traditionnellement
  243. 10:43euh
  244. 10:49hop il veut bien que je fasse tout là
  245. 10:52euh
  246. 10:54hop je l'ai veux
  247. 10:56droit ok h
  248. 10:5990°gr ok on
  249. 11:01va on va dire que on a un métal qui est
  250. 11:04situé ici dans cette partie là de
  251. 11:07l'espace on va appeler les axes alors
  252. 11:11celui-là on va l'appeler x celui-là on
  253. 11:13va l'appeler Z évidemment il y a l'axe Y
  254. 11:16qui est comme
  255. 11:17ça et que très souvent on va oublier euh
  256. 11:21alors c'est pas qu'on l'oublie c'est que
  257. 11:23euh pour simplifier on a le droit en
  258. 11:25réalité de se ramener de ramener les on
  259. 11:28va on va regarder beaucoup des ondes
  260. 11:29planes et des choses comme ça mais on a
  261. 11:30le droit de considérer qu'il se passe
  262. 11:31rien en y donc on va se contenter de
  263. 11:34deux dimensions si on est à deux
  264. 11:36dimensions et qu'on considère donc une
  265. 11:39onde plane un truc de la forme E
  266. 11:440 exponentiel i
  267. 11:48de alors ouais une n Plee dans le métal
  268. 11:51donc e de
  269. 11:53Kxx plus
  270. 11:56kzzcord on oublie ce qui se passe en y
  271. 11:58Mo omωé t on est en convention des
  272. 12:00opticiens donc c'est un exponentiel
  273. 12:02moins i ωé t
  274. 12:05euh et bien évidemment alors ouis la
  275. 12:09convention en exponentielle omét fallait
  276. 12:11que je la dise euh même si on la voit
  277. 12:13pas dans l'équation de almols
  278. 12:14puisqueelle est pas dépendante de la
  279. 12:15convention qu'on choisit euh mais
  280. 12:17l'équation de halmols elle est elle est
  281. 12:19valable déjà en en harmonique donc là on
  282. 12:23va un peu plus loin on regarde une une
  283. 12:25onde donc une onde plane dans le métal
  284. 12:29et ce qu'on voit c'est que quand on fait
  285. 12:32ça évidemment le laplacien de
  286. 12:34e c'est moins kx² + KZ
  287. 12:41car je détaille pas c'est pas classique
  288. 12:45et on se retrouve finalement avec à
  289. 12:49écrire la relation de dispersion
  290. 12:51c'est-à-dire le lien entre K et ωé omé
  291. 12:56en réalité il est caché dans le K0 donc
  292. 12:58on a du moin KX
  293. 13:00car plus
  294. 13:05kz² plus K0 car Epsilon
  295. 13:09r hop E =
  296. 13:120 et ça ça doit être tout le temps
  297. 13:14valable donc en fait on peut simplifier
  298. 13:16le E
  299. 13:18et il faut juste que ça soit tout temps
  300. 13:21égal à Z0 autrement dit on
  301. 13:23a K0 car Epsilon R
  302. 13:27= kx² plus Ky KZ car donc ça c'est
  303. 13:31classique c'est la relation de
  304. 13:32dispersion dans finalement n'importe
  305. 13:33quel milieu euh la seule chose ici c'est
  306. 13:35que notre Epsilon r faut pas l'oublier
  307. 13:37il est négatif et du coup si on imagine
  308. 13:40une onde qui tomberait en incidence
  309. 13:43normale euh genre avec un KX qui serait
  310. 13:47nul mais même si le Kx alors ouais il
  311. 13:49peut ne pas être nul mais on va avoir
  312. 13:52KZ qui va nous donner la la pénétration
  313. 13:55de l'onde dans le deuxème milieu dans le
  314. 13:57métal qui va être égal à
  315. 14:00euh théoriquement à alors théoriquement
  316. 14:03c'est pas
  317. 14:04théoriquement voilà avec KX il peut tout
  318. 14:07à fait être égal à 0 euh la seule chose
  319. 14:10c'est que Epsilon r il est négatif puis
  320. 14:13ça c'est négatif aussi donc ce qu'on
  321. 14:14voit c'est que KZ si on suppose que
  322. 14:17Epsilon R est réel mais négatif ben KZ
  323. 14:20en réalité il est imaginaire pur et on
  324. 14:22devrait plutôt l'écrire i X √
  325. 14:25kx² et puis comme Epsilon est négatif on
  326. 14:28va va écrire ça comme ça on va écrire
  327. 14:30que c'est normalement ça fait kx² moin
  328. 14:32Epson r K0 mais comme il est négatif en
  329. 14:38gros voilà ce qu'on a c'est un X
  330. 14:43là voilà ce qu'on a et donc typiquement
  331. 14:48KZ il est
  332. 14:51en I √ de Epson r K0 alors r√ine EPS
  333. 14:59r K0 euh et ça on va l'interpréter en
  334. 15:05disant enfin c'est pas l'interpréter
  335. 15:08mais la partie en la dépendance en Z
  336. 15:10elle est en exponentiel iaz Z donc ici
  337. 15:13ce sera égal à exponentiel moins euh 1
  338. 15:19sur Delta
  339. 15:21ou 1 sur Delta c'est c'est
  340. 15:23ça donc ce delta c'est pardon Z ce delta
  341. 15:28c'est l'épaisseur de
  342. 15:30peau
  343. 15:33euh voilà je l'ai mis là-haut et cette
  344. 15:37épaisseur de
  345. 15:39peau il faut retenir pour l'instant on
  346. 15:42le démontrera un peu mieux que dans les
  347. 15:53métaux ah j'ai perdu ma
  348. 15:57souris dans les les Méau en
  349. 16:03fait dans les métaux
  350. 16:05ça ça fa ça c'est bizarre
  351. 16:09ça ah non c'est pas que j'ai perdu ma
  352. 16:14souris dans les métaué en blanc dans les
  353. 16:18métaux donc l'épaisseur de peau dans les
  354. 16:21métaux nobles typiquement c'est de
  355. 16:23l'ordre
  356. 16:26de 25 nanom et c'est pas très dépendant
  357. 16:31de la longueur
  358. 16:33d' donc ça on va
  359. 16:35l'entourer parce que c'est
  360. 16:41important donc dans les méth il faut
  361. 16:43retenir
  362. 16:45que le on ne pénètre pas sauf à une
  363. 16:48épisseur de 25 n par contre il va se
  364. 16:50passer finalement beaucoup de choses
  365. 16:52dans ces 25 premiers
  366. 16:55nanomètres notamment parce que on va
  367. 16:58voir on est en train de on va
  368. 17:00s'intéresser à des modes guidés alors il
  369. 17:02y a un truc qu'on a mis très longtemps à
  370. 17:04comprendre c'est que quand je dis très
  371. 17:07longtemps c'est qu'on a eu des indices
  372. 17:09en justement autour de autour de 1900 et
  373. 17:12queon a compris quand c'est 1950 ce qui
  374. 17:14se
  375. 17:15passa ce qu'on a compris dans les années
  376. 17:1850 c'est que quand on considère alors je
  377. 17:22vais refaire
  378. 17:27donc une face entre un
  379. 17:30métal et euh et du de l'air ou un
  380. 17:35diélectrique quelconque donc le métal il
  381. 17:38est
  382. 17:40là
  383. 17:42euh il y a un truc qui va se passer donc
  384. 17:45vous vous souvenez si vous savez que il
  385. 17:47y a deux polarisations euh la
  386. 17:50polarisation S ou
  387. 17:53te pour laquelle le champ électrique est
  388. 17:56parallèle ou on l'appelle aussi e
  389. 17:59parallèle ça c'est en gros il y a un
  390. 18:02champ
  391. 18:03ey électrique mais il y a et puis il y a
  392. 18:08du HX et du Hz mais c'est tout il y a
  393. 18:12pas de champ donc j'ai repris les mêmes
  394. 18:16conventions d'axe donc ça c'est x Z il
  395. 18:19est comme ça et donc y il est dans cette
  396. 18:23directionl il est perpendiculaire au
  397. 18:25plan de qu'on regarde et donc
  398. 18:29dans cette polarisation là quand le
  399. 18:32champ électrique est parallèle au
  400. 18:35plan ça c'est
  401. 18:38l'équivalent enfin c'est analogue de de
  402. 18:41la mécanique quantique en
  403. 18:44fait et bah en
  404. 18:48gros pour une interface il se passe
  405. 18:51jamais rien alors pourquoi parce que les
  406. 18:54conditions aux
  407. 18:56limite dans ces cas-là c'est la
  408. 18:58continuité de du champ e et de sa
  409. 19:01dérivée par rapport à
  410. 19:03Z et donc
  411. 19:06ben en réalité on peut pas voir de mode
  412. 19:10guidé sur une
  413. 19:12interface dans ce cas-là mais il y a une
  414. 19:14autre polarisation c'est la polarisation
  415. 19:17TM
  416. 19:19ou h parallèle
  417. 19:21euh et pour laquelle en fait c'est le
  418. 19:23champ h y qui est parallèle à
  419. 19:26l'interface et quand on a
  420. 19:28ça et ben là les conditions limite elles
  421. 19:32sont elles ont pas d'équivalent en
  422. 19:33mécanique quantique ou un truc comme ça
  423. 19:36euh parce que elles s'écrivent comme
  424. 19:40ça oups non ell s'écrivent pas comme
  425. 19:45ça
  426. 19:47c'est un peu la même
  427. 19:54chose euh mais sauf qu'il y a du 1 sur
  428. 19:57Epsilon R et le Epsilon R est négatif et
  429. 20:00donc on
  430. 20:01s'aperçoit que on s'est aperçu c'est
  431. 20:03dans les années 50 que on pouvait avoir
  432. 20:06un mode guidé par l'interface seulement
  433. 20:09ce mode je vais le dessiner souvent on
  434. 20:11dessine un profil alors qu'est-ce que
  435. 20:14c'est un profil
  436. 20:16h on dessine des fois même pas cette
  437. 20:19barre là ça c'est
  438. 20:21zéro c'est pas de champ euh et puis on
  439. 20:26va dessiner par par exemple ça comme ça
  440. 20:31voilà
  441. 20:32alors c'est
  442. 20:35moche on va plutôt le faire ça en
  443. 20:40noir hop
  444. 20:43euh l'idée c'est de
  445. 20:45dessiner le champ lui-même ah non ça va
  446. 20:49pas le faire dessiner le champ
  447. 20:52lui-même concerné alors ici comme on est
  448. 20:55en polarisation euh h parallèle parce
  449. 20:57que c'est il y a que là qui se passe
  450. 20:58quelque chose le ce que je dessine en
  451. 21:00fait c'est le module ou éventuellement
  452. 21:03la partie réelle de HY et ce qu'on sait
  453. 21:06c'est que on peut avoir une solution
  454. 21:08comme ça alors euh donc ça c'est ça
  455. 21:13représente le champ en fonction de Z en
  456. 21:16réalité donc on le dessine comme ça euh
  457. 21:20pour se faire une idée mais ça c'est
  458. 21:22c'est le champ ça veut dire que c'est un
  459. 21:24champ qui décroit exponentiellement
  460. 21:25quand on s'éloigne de l'interface et
  461. 21:28tout ce truc-là est un mode guidé ça
  462. 21:30veut dire qu'il va se propager le long
  463. 21:32de l'interface et il va être caractérisé
  464. 21:36par un vecteur d'onde KX
  465. 21:41et on va y revenir et donc
  466. 21:44euh ces modes ce ce mode guidé là ça
  467. 21:48s'appelle un placement de
  468. 21:52surface et c'est ça la
  469. 21:55caractéristique enfin le le truc de
  470. 21:58toute la plasmonique c'est
  471. 22:00que c'est l'existence de cette épaisseur
  472. 22:03de peau parce que en fait l'épaisseur de
  473. 22:06peau elle est là là c'est toujours 25
  474. 22:08nanom c'est l'existence de cette
  475. 22:10épaisseur de peau qui permet l'existence
  476. 22:13en fait de cette onde de
  477. 22:16surface sachant que on l'appelle aussi
  478. 22:19le on note
  479. 22:21SPP le placement polariton de
  480. 22:24surface et vous pourrez voir si vous
  481. 22:29dis le premier chapitre de la thèse
  482. 22:31d'Armel
  483. 22:33pitolet que dans cette
  484. 22:37appellation je vais souligner ce qui est
  485. 22:41correct c'est
  486. 22:43ça alors parce que
  487. 22:461 c'est pas un placement 2 c'est pas un
  488. 22:52polariton alors vous allez me dire mais
  489. 22:55pourquoi ils ont appelé ça comme ça
  490. 22:58alors parce que c'est joli
  491. 23:01essentiellement c'est parce que ça fait
  492. 23:04classe et c'est issu d'une erreur
  493. 23:07d'interprétation un peu compliquée donc
  494. 23:10c'est pas évident que c'est pas un
  495. 23:11polariton il y a un vague truc qui
  496. 23:13rappelle un poéon mais en fait c'est pas
  497. 23:15un poaréon et le placement on a déjà
  498. 23:17expédié le problème ça n'est pas une
  499. 23:19onde longitudinale du tout c'est de la
  500. 23:21lumière en haut et de la lumière en bas
  501. 23:23on a résolu elmols on n pas résolu une
  502. 23:26nouvelle équation voilà donc pour avoir
  503. 23:29une onde longitudinale notamment il
  504. 23:31faudrait tenir compte de la répulsion
  505. 23:33entre électrons sauf que dans le modèle
  506. 23:34de Drude on néglige totalement la
  507. 23:36répulsion entre électrons donc en fait
  508. 23:38c'est pas possible d'avoir une onde
  509. 23:40longitudinale avec un modèle de Drude et
  510. 23:42des équations de Maxwell que dal c'est
  511. 23:44que des équations des une onde
  512. 23:46transversale c'est-à-dire de la lumière
  513. 23:48standard donc c'est pas un placement
  514. 23:51c'est pas un polarariton la seule chose
  515. 23:53c'est qu'il est à la surface mais
  516. 23:55d'ailleurs en fait les premiers articles
  517. 23:58parlait pas du tout de plasement de
  518. 23:59surface c'est un nom qui est venu après
  519. 24:01on va dire dans les années 60 mais il
  520. 24:03appelait l'onde de surface du
  521. 24:07plasma
  522. 24:10et l'inconvénient de ça enfin de cette
  523. 24:13appellation
  524. 24:14euh c'est que ça rend un peu fou
  525. 24:19les les les les gens qui font de la
  526. 24:22physique du
  527. 24:23solide quand on leur parle quand il voit
  528. 24:26un exposé de plasm ou un truc comme ça
  529. 24:28parce que eux quand on leur dit ouais on
  530. 24:30dit ah ouais ouais là c'est le placement
  531. 24:31et tout ça ils pensent à l'onde
  532. 24:33longitudinale mais pas du tout donc
  533. 24:36c'est une source infinie de de
  534. 24:40d'incompréhension et de
  535. 24:43questions que les étudiants non plus
  536. 24:45comprennent pas quand c'est un physicien
  537. 24:46de physique des solides qui qui essaie
  538. 24:49de poser des questions sur une
  539. 24:50soutenance de plasmonique bon rien de
  540. 24:52grave mais il faut juste le savoir
  541. 24:56ok euh voilà mais ça traduit aussi une
  542. 24:59tendance moderne le le le changement de
  543. 25:03nom ça dénote un peu des changements
  544. 25:05d'époque voilà et la placemonique nét
  545. 25:08quand on commence à appeler le placement
  546. 25:10de surface placement de surface parce
  547. 25:12qu'on a pas compris que c'était pas un
  548. 25:13placement
  549. 25:15et et après il y a les années 90 où
  550. 25:19vraiment l'idée c'est de faire tout fun
  551. 25:20pour arriver à publier c'est le
  552. 25:22publichur Pich qui est en grande partie
  553. 25:24responsable du fait queon complique les
  554. 25:25noms et qu'on leur donne des noms qui
  555. 25:28sont ISS de la physique théorique pour
  556. 25:29faire bien alors qu'en fait
  557. 25:31non
  558. 25:33ok le truc
  559. 25:35important maintenant c'est la notion
  560. 25:38d'indice effectif d'un
  561. 25:40mode alors pourquoi c'est important bon
  562. 25:44c'est pas très dur déjà la
  563. 25:47définition on a dit que un un mode guidé
  564. 25:52c'était en fait c'est repéré par la
  565. 25:58caractérisé par la donnée de son vecteur
  566. 26:01d'onde le long dans la direction dans
  567. 26:03laquelle il se
  568. 26:04propage et ce vecteur
  569. 26:08d'onde en
  570. 26:10réalité c'est homogène à l'inverse d'une
  571. 26:14longueur et c'est un 2 pi sur ce qu'on
  572. 26:17va appeler lambda F c'est-à-dire que
  573. 26:20c'est
  574. 26:21pas la longueur d'onde dans le
  575. 26:26vide c'est la périodicité du mode
  576. 26:29lui-même quand je déciine un mode qui
  577. 26:31fait
  578. 26:32ça c'est
  579. 26:34ça voilà c'est la vraie périodicité du
  580. 26:37mode dans la direction dans laquelle il
  581. 26:39se propage parce que là pour l'instant
  582. 26:41on est en train de considérer que des
  583. 26:42choses des multicouche eu et
  584. 26:46finalement comment ça se compare à
  585. 26:49lambda 0 bah c'est tout simple il y a
  586. 26:53plusieurs façons de voir ça mais en gros
  587. 26:56lambda effectif
  588. 26:59c'est en général plus petit que lambda 0
  589. 27:02et on va définir ce qu'on appelle
  590. 27:03l'indice du mode le N
  591. 27:07effectif pourquoi bah parce que quand on
  592. 27:09passe de l'air à un milieu d'indice 2 et
  593. 27:13bien en réalité la fréquence ne change
  594. 27:15pas mais la longueur d'onde dans le
  595. 27:17milieu elle est divisée par 2 donc là on
  596. 27:19fait un peu la même chose on dit ben
  597. 27:22comment caractériser un mode ben en
  598. 27:24regardant à quel point sa longueur
  599. 27:26d'onde eff
  600. 27:29est se compare à lambda0 la longueur
  601. 27:31d'onde dans le vide est-ce qu'elle est
  602. 27:32plus petite ou pas écrit autrement aussi
  603. 27:36ou plus simplement quelque part ça ça
  604. 27:39c'est équivalent à écrire que c'est le N
  605. 27:42effectif FO K0 donc en gros le N
  606. 27:44effectif c'est KX sur K0 et très souvent
  607. 27:49on présente les choses en indice
  608. 27:51effectif alors la caractéristique de la
  609. 27:56plasmonique c'est c'est que les modes
  610. 27:59guidés
  611. 28:01plasmoniqu les modes guidés plasmonique
  612. 28:05c'estàdire
  613. 28:06qui qui se
  614. 28:09font d'une façon ou d'une autre en
  615. 28:11partie dans le métal évidemment c'est
  616. 28:12très limité parce que il y a cette
  617. 28:14épaisseur de peau qui est quand même
  618. 28:15relativement fine donc les modes guidé
  619. 28:19plasmonique c'est il se propage en
  620. 28:21partie dans le
  621. 28:24métal j'écris tout bien mais
  622. 28:28en partie dans le
  623. 28:32métal ils sont
  624. 28:36caractérisés par des indices effectifs
  625. 28:42PS
  626. 28:49élevé donc des indices effectif
  627. 28:55élevés il y a raison physique à ça et en
  628. 28:58réalité cette raison physique est
  629. 29:00effectivement liée à la permittivité
  630. 29:05négative
  631. 29:07des à la permitivité négative alors
  632. 29:10comment expliquer
  633. 29:12ça
  634. 29:14hop on va revenir à la notion de
  635. 29:19profil du mode qu'on considère quand on
  636. 29:23a alors du métal
  637. 29:26ici on dessine le profil du mode je vous
  638. 29:29aveis dessiné non je vais le dessiner
  639. 29:30avec une autre couleur hop le profil du
  640. 29:34mode on va le dessiner comme
  641. 29:36ça ce qu'on va faire c'est qu'on va
  642. 29:38considérer au lieu du profil enfin pas
  643. 29:40au lieu du profil mais le pointing le
  644. 29:42vecteur de
  645. 29:44pointing qui donc vous donne une idée de
  646. 29:47la propagation de
  647. 29:49l'énergie ici le pointing dans la
  648. 29:52direction
  649. 29:54X il est toujours proportionnel en fait
  650. 29:56au module
  651. 29:58de hy au car ça d'accord mais en fait il
  652. 30:02est proportionnel à 1 sur Epsilon FO le
  653. 30:04module au car et ça ça veut dire que
  654. 30:07autant
  655. 30:08ici il y a un pointing qui est positif
  656. 30:12autant dans le métal le pointing est
  657. 30:15négatif parce que Epsilon est négatif
  658. 30:19or il y a un théorème qui dit que la
  659. 30:22vitesse de propagation de l'énergie
  660. 30:24globale qui est plus proche bien sr il y
  661. 30:27a la la vitesse de phase la vitesse de
  662. 30:31phase c'est ωéga sur
  663. 30:33k donc ici c'est ωéga sur KX ça c'est la
  664. 30:37vitesse de propagation euh standard on
  665. 30:42va dire mais cette vitesse de phase
  666. 30:44c'est pas la vitesse physique la vitesse
  667. 30:45physique c'est la vitesse de propagation
  668. 30:47de l'énergie c'est la vitesse de groupe
  669. 30:49c'est dω sur DK et ce qui se passe
  670. 30:53ici c'est qu'en fait cette vitesse de
  671. 30:56groupe elle est est proportionnelle au
  672. 30:58flux du
  673. 31:01pointing
  674. 31:03euh à
  675. 31:05travers donc une
  676. 31:08section et le truc ici c'est c'est ça
  677. 31:12qu'on voit c'est que le flux du pointing
  678. 31:14il est négatif dans le métal autrement
  679. 31:16dit la vitesse de groupe
  680. 31:20elle est lente elle est faible en fait
  681. 31:25elle est faible si
  682. 31:28les si c'est un mode guidé plasmonique
  683. 31:31c'estàd plus il se propage dans le métal
  684. 31:32et plus en réalité la vitesse de groupe
  685. 31:34est faible or une vitesse de groupe
  686. 31:37faible c'est
  687. 31:39associé c'est pas totalement évident
  688. 31:41mais c'est associé à une un indice
  689. 31:46effectif
  690. 31:48élevé et c'est un peu logique hein
  691. 31:51l'indice optique c'est aussi euh c'est
  692. 31:55aussi lié à la vitesse de propagation
  693. 31:57à la vitesse de phase en fait mais à la
  694. 32:00vitesse de propagation de l'onde et
  695. 32:01cette vitesse de propagation le éga sur
  696. 32:04K et ben euh alors omωéga sur k si on
  697. 32:08fait c'est euh en fait c'est euh c'est
  698. 32:11lambda effectif sur lambda
  699. 32:140 et donc ça c'est l'indice effectif en
  700. 32:18fait euh fois c euh qu'est-ce que j'ai
  701. 32:21raté oui presque euh non ouais euh c'est
  702. 32:26ouais euh oups non justement pardon
  703. 32:30excusez-moi c'est C x lambda effectif
  704. 32:32sur lambda 0 euh KX c'est 2 pi sur parce
  705. 32:36que ωéga c'est k sur C c'est K0 sur C
  706. 32:39euh non c'est K0 X c donc on se retrouve
  707. 32:43avec du C sur N effectif euh donc
  708. 32:46l'indice effectif élevé c'est bien une
  709. 32:48vitesse de phase faible et en réalité
  710. 32:52euh la vitesse de groupe faible entraîne
  711. 32:54une vitesse de pH faible aussi phase
  712. 32:56faible aussi mais même si c'est pas
  713. 32:58totalement évident comme lien c'est
  714. 32:59c'est un peu plus il faudrait des
  715. 33:01explications plus longues mais en gros
  716. 33:03c'est ça l'idée quand on a un mode
  717. 33:06plasmonique il est ralenti par la
  718. 33:08présence du métal il se propage plus
  719. 33:10lentement et ça ça veut dire que c'est
  720. 33:12un indice effectif élevé
  721. 33:15alors donc pourquoi donc il faut aussi
  722. 33:18savoir que bien sûr ça c'est le
  723. 33:20placement de surface dont je vous parle
  724. 33:21mais il va y avoir toute une zoologie de
  725. 33:23mode plasmonique qui vont être même plus
  726. 33:27lent encore que le placement de surface
  727. 33:29et ces modes lent c'est-à-dire avec une
  728. 33:31vitesse de groupe faible et un indice
  729. 33:33effectif donc élevé c'est ce qu'on
  730. 33:35cherche en plasmonique c'est ça qu'on
  731. 33:37veut
  732. 33:39oups alors rappelez-vous un peu
  733. 33:43maintenant ce qui a une résonance de
  734. 33:46cavité alors bah ouais on va se souvenir
  735. 33:49de la corde vibrante ou des cavités en
  736. 33:53optique une cavité ça peut être ça ça
  737. 33:57peut être aussi hop là pour la corde
  738. 33:59vibrante alors je sais c'est difficile à
  739. 34:01imaginer mais ça c'est aussi une cavité
  740. 34:04pour la corde vibrante sauf que voilà
  741. 34:07alors la
  742. 34:10cavité on va la on va alors pourquoi ça
  743. 34:14à gauche c'est équivalent à ça à droite
  744. 34:17c'est équivalent seulement si vous vous
  745. 34:19dites que en fait l'onde qui se propage
  746. 34:22et ben dans une cavité elle est standard
  747. 34:25elle est réfléchie par les deux
  748. 34:28miroir au debout donc si c'est une corde
  749. 34:30de meldde par exemple bah c'est juste le
  750. 34:32fait qu'elle soit attachée au debout ça
  751. 34:33réfléchit l'onde qui se propage sur la
  752. 34:35corde donc elle arrête pas de se
  753. 34:39réfléchir mais effectivement quand elle
  754. 34:41a fait un aller-retour et qu'elle s'est
  755. 34:43r réfléchi l'onde elle est revenue sur
  756. 34:46elle-même et ce qu'on a ici là à droite
  757. 34:49c'est effectivement un truc un système
  758. 34:52quelconque sur lequel dans lequel l'onde
  759. 34:55revient sur elle-même
  760. 34:57ok quand on a
  761. 34:59ça donc on a une cavité et la longueur
  762. 35:03de la cavité ici c'estis pas moi ça va
  763. 35:05être 2 pi R et là la vraie longueur de
  764. 35:07la cavité c'est 2 l c'est pas la
  765. 35:10longueur c'est la longueur optique quoi
  766. 35:12c'est le le parcours pour l'onde qu'elle
  767. 35:15doit le ce qu'elle doit parcourir avant
  768. 35:18de revenir à son point de départ dans
  769. 35:21son état de départ et en gros ce dont il
  770. 35:24faut se souvenir c'est que ça cette
  771. 35:26longueur vu par l'onde de la cavité il
  772. 35:29faut absolument pour queil y ait
  773. 35:32interférence constructive et que donc il
  774. 35:34puisse se passer quelque chose il faut
  775. 35:36que cette longueur soit égale à un
  776. 35:38nombre entier de fois de la longueur
  777. 35:41d'onde alors attention ce qui va compter
  778. 35:43c'est la longueur d'onde effective
  779. 35:45c'està-dire la vraie périodicité de ce
  780. 35:48qu'on est en train de
  781. 35:49regarder d'habitude on l'écrit pas comme
  782. 35:52ça on dit la longueur d'onde parce que
  783. 35:53on est en train de considérer l'onde sur
  784. 35:55une corde et tout ça mais en fait en
  785. 35:56fait c'est la longueur d'onde de l'onde
  786. 35:58qu'on considère et donc si jamais on va
  787. 36:01se mettre à à considérer des mode
  788. 36:04plasmonique alors un exemple typique
  789. 36:06hein c'est ce qu'on appelle les
  790. 36:07résonances demi c'est vous prenez une
  791. 36:11nanoparticule une
  792. 36:14nanoparticule j'aime bien dessiner ça
  793. 36:17comme ça c'est du métal un petit lonire
  794. 36:19inférieur à é0 et si vous prenez une
  795. 36:21nanoparticule comme ça ben il y a un
  796. 36:23placement de surface qui se balade à sa
  797. 36:25surface et il fait le
  798. 36:28tour donc ce que vous avez le droit
  799. 36:30d'écrire c'est que c'est une cavité et
  800. 36:32que
  801. 36:34là vous aurz une résonance en fait quand
  802. 36:39de Pier est égale au lambda effectif du
  803. 36:42placement de surface surface placement
  804. 36:44SP souvent ok donc ça c'est des
  805. 36:47conditions de
  806. 36:48résonance de cavité et ce qui se passe
  807. 36:52c'est
  808. 36:54qu'effectivement on on commence à le S
  809. 36:56sentir là des cavités il peut y en avoir
  810. 37:00plein avec des tas de formes différentes
  811. 37:03mais c'est toutes des cavités du moment
  812. 37:04que vous identifiez un mécanisme qui
  813. 37:06fait que l'onde revient sur elle-même
  814. 37:08soit elle est réfléchie des deux côtés
  815. 37:10soit ben elle est ramené sur elle-même
  816. 37:13comme quand on a une noparticule ronde
  817. 37:16bon ça se comprend mieux si c'est juste
  818. 37:18un cylindre mais cylindre ça marche euh
  819. 37:22et donc on a cette condition de
  820. 37:24résonance on va on va garder celle-ci
  821. 37:28qui nous intéresse la seule chose c'est
  822. 37:30que quand on va ça veut dire que la la
  823. 37:35taille de la cavité
  824. 37:37elle-même ça va être du m X lambda
  825. 37:41effectif sur
  826. 37:422 c'est-à-dire m X
  827. 37:46lamb0 sur 2 FO l'indice
  828. 37:51effectif et ça et ben ça c'est pas grand
  829. 37:56parce parce que ce que je vous ai dit
  830. 37:57c'est que les modes plasmoniques
  831. 38:00sont sont caractérisés par des indices
  832. 38:03effectifs qui sont relativement grand et
  833. 38:06alors le placement de surface il va
  834. 38:08avoir du mal à atteindre des grands
  835. 38:09indices effectifs mais il y a d'autres
  836. 38:11modes qui atteignent assez facilement
  837. 38:13des indices effectifs de 4 vous alle
  838. 38:17dire c'est pas énormeiss non plus ça
  839. 38:19c'est vrai mais faut se souvenir que
  840. 38:21l'indice optique maximum des matériaux
  841. 38:23typiquement qu'on peut Fabri
  842. 38:27pas trop difficilement c'est 2 35
  843. 38:31maximum sinon donc en gros on est quand
  844. 38:34même capable de faire
  845. 38:38des c'est pas des c'est pas des
  846. 38:40matériaux mais on est capable de faire
  847. 38:42se propager des modes comme S se propage
  848. 38:46dans un indice de 4 ce qui est environ
  849. 38:47deux fois plus grand que
  850. 38:50l'indice le plus élevé qu'on sache
  851. 38:53fabriquer dans le visible et ça ça veut
  852. 38:56quand même dire que la taille minimum de
  853. 38:58la cavité et ben alors on fait un ordre
  854. 39:01de grandeur ça va être du lambda0 la
  855. 39:03longueur d'onde divisé par si on prend 4
  856. 39:06allez 4 5 c'est pas impossible mais ça
  857. 39:08va faire du lambda0/ 10 typiquement donc
  858. 39:11l est très inférieure à la longueur
  859. 39:14d'onde autrement dit en plasmonique la
  860. 39:17taille des résonateurs peut être très
  861. 39:19petite devant la longueur d'onde et ça
  862. 39:21c'est pas possible avec un diélectrique
  863. 39:23parce qu'un diélectrique bah c'est un
  864. 39:25diélectrique et
  865. 39:27il a un indice qui est plutôt en général
  866. 39:30de l'ordre de 15 c'est plus standard 15
  867. 39:3217 2 35 c'est exceptionnel mais donc on
  868. 39:35n'est pas du tout dans dans
  869. 39:38cette dans un régime où les nano
  870. 39:43structures peuvent résonner une petite
  871. 39:46particule de diélectrique ça résonne pas
  872. 39:48beaucoup et il y a autre chose aussi
  873. 39:51c'est que ces
  874. 39:53résonances ont une très forte
  875. 39:58alors ces résonances donc leur
  876. 40:01caractéristique de toutes ces résonances
  877. 40:03de cavité c'est qu'elles ont une très
  878. 40:05forte section
  879. 40:06efficace ça veut dire
  880. 40:12que ça veut dire que une toute petite je
  881. 40:15vais vous donner un exemple on regarde
  882. 40:17on verra ça plus tard aussi en détail
  883. 40:21mais quand on pose
  884. 40:23un on considère un plan métallique
  885. 40:28c'est du métal je l'ai fait en
  886. 40:303D et qu'on pose dessus un
  887. 40:36cube à une distance il vole en fait
  888. 40:40au-dessus du du plan d'accord il vole à
  889. 40:43une distance typique de 5
  890. 40:46nanomè on sait fabriquer ça non il volle
  891. 40:49pas il est posé sur un matériaux
  892. 40:51diélectrique de 5 nanom
  893. 40:55d'épaisseur reçoit de la
  894. 40:59lumière et cette structure là raisonne
  895. 41:03on verra pourquoi exactement mais il y a
  896. 41:05bien une cavité qui se situe sous le
  897. 41:08cube là elle est là la cavité en fait
  898. 41:12oui d'accord il y a rien pour limiter au
  899. 41:14moins en apparence mais quand un cube
  900. 41:16s'arrête c'est un peu comme des miroirs
  901. 41:18en fait pour l'OND c'est un peu la même
  902. 41:19chose qu'une flux traversière FL
  903. 41:21traversière aussi c'est une cavité mais
  904. 41:22c'est ouvert au debout et ben c'est
  905. 41:24pareil euh h et bien cette chose là ce
  906. 41:28cube là est capable d'absorber toute la
  907. 41:30lumière qui arrive sur
  908. 41:34une
  909. 41:35surface autour qui est 30 fois plus
  910. 41:39grande que le cube
  911. 41:41lui-même donc la section efficace
  912. 41:45c'est-à-dire la la taille du patch
  913. 41:48euh que sur lequelle toute lumière qui
  914. 41:52arrive sur ce patch est absorbée par le
  915. 41:53cube c'est ça ça c'est la section
  916. 41:55efficace
  917. 41:57j'ai mis important c'est
  918. 41:59importante cette section efficace en
  919. 42:01fait elle peut être jusqu'à 30 fois plus
  920. 42:03grande que la taille de l'objet lui-même
  921. 42:06c'estàd que il y a un effet quand il y a
  922. 42:08une résonance c'est un effet très
  923. 42:11important enfin voilà c'est important de
  924. 42:12retenir le le mot précis he j'appelle ça
  925. 42:15un effet
  926. 42:17slurpe c'est parce que on est en
  927. 42:19harmonique mais quand la résonance se
  928. 42:20construit en gros elle se construit
  929. 42:23petit à petit c'est une résonance donc
  930. 42:24elle emmagasine énormément d'énergie
  931. 42:26et à la fin ça donne ça si on dessine le
  932. 42:29pointing on a l'impression que toute
  933. 42:33le toute l'énergie en fait va
  934. 42:36s'engouffrer sous le cube et globalement
  935. 42:39c'est forcément l'effet d'une résonance
  936. 42:40puisune résonance ça veut dire que on a
  937. 42:43localement une densité d'énergie qui est
  938. 42:45plus élevée que ce qu'apporte l'onde
  939. 42:48elle-même donc du moment qu'on a
  940. 42:50résonance et bien en réalité on a un peu
  941. 42:52de cet effetur si on regarde le pointing
  942. 42:55c'est ça se ça ça va vers la résonance
  943. 42:58c'est comme un fluide qui serait aspiré
  944. 43:02euh et donc en de façon générale il y a
  945. 43:05une très une section efficace très
  946. 43:07importante ce qui est ça veut dire que
  947. 43:09ça interagit ça beêre des toutes petites
  948. 43:10choses ça interagit très fortement avec
  949. 43:13la lumière après on a vu que euh comme
  950. 43:17on a des indices effectifs
  951. 43:21élevé et que il y a il y a pas
  952. 43:24d'équivalent avec des di électriques
  953. 43:27ce qu'on a vu c'est que finalement on
  954. 43:31allait pouvoir aller vers une
  955. 43:36miniaturisation et notamment des des
  956. 43:38cavités hein quand vous voyez
  957. 43:40typiquement là ce qui se que
  958. 43:42[Musique]
  959. 43:43que on est d'accord que ça c'est aspiré
  960. 43:46dans dans le cas qu'on regarde là de
  961. 43:48résonance c'est aspiré sous le cube mais
  962. 43:51dans le cube le champ reste enfin il
  963. 43:53pénètre pas à plus de 25 nanomè al c'est
  964. 43:55déjà pas mal parce que cube il va faire
  965. 43:5675 quoi mais il pénètre pas à plus de 25
  966. 44:00nanom l'épaisseur de peau ça reste
  967. 44:01toujours
  968. 44:02ça et donc le champ va être concentré
  969. 44:05très fortement dans un tout petit espace
  970. 44:08et ça c'est un truc qu'on cherche pour
  971. 44:12ce qu'on appelle l'effet
  972. 44:15percel alors il faut vous en parler
  973. 44:17parce que c'est un des grales de la
  974. 44:19plasmonique c'est c'est un peu un des
  975. 44:21intérêts de la
  976. 44:22plasmonique c'est d'arriver à faire en
  977. 44:25sorte
  978. 44:27qu'on contrôle l'émission spontanée si
  979. 44:29jamais vous prenez un émetteur al
  980. 44:32évidemment un atome quoi il a un taux de
  981. 44:36désexcitation si vous en prenez plein
  982. 44:38vous avez une on peut caractériser ça
  983. 44:41par taux de décroissance c'est qu'ils
  984. 44:44vont se désexciter tous évidemment c'est
  985. 44:45une exponentielle décroissante c'est
  986. 44:47comme un c'est hyper
  987. 44:49moche c'est comme
  988. 44:52un c'est comme de la radioactivité si on
  989. 44:55veut
  990. 44:56euh hop si vous
  991. 45:00tracez le nombre
  992. 45:02d'atomes encore excité en fonction du
  993. 45:05temps oou ce qu'ils émettent vous
  994. 45:06obtenez une exponentielle décroissante
  995. 45:08ça c'est le signal émis par un ensemble
  996. 45:10d'atomes identiques qui sont excités au
  997. 45:14départ
  998. 45:15euh la seule chose c'est qu'en fait ce
  999. 45:18taux de enfin cette émission spontanée
  1000. 45:20elle est caractérisée par un un temps
  1001. 45:23une durée de vie en fait euh et bien en
  1002. 45:27réalité c'est pas quelque chose de qu'on
  1003. 45:30peut pas modifier c'est pas c'est pas
  1004. 45:33comme des noyau atomique c'est un peu
  1005. 45:34dur d'aller modifier leur temps de dé
  1006. 45:37croissance radioactive mais dans le cas
  1007. 45:39de l'effet
  1008. 45:41percel c'est c'est plutôt facile la
  1009. 45:44question qui va se poser c'est est-ce
  1010. 45:47que c'est simple parce que ça c'est
  1011. 45:49c'est pour les atomes finalement situé
  1012. 45:50dans le vide la question c'est est-ce
  1013. 45:52que c'est simple pour eux de se coupler
  1014. 45:55oui à à la lumière et au
  1015. 45:57champ au champ électromagnétique ambiant
  1016. 46:01et ben ça ça va dépendre un peu de où
  1017. 46:04sont situés les émetteurs si par exemple
  1018. 46:08on peut l'imaginer dans une
  1019. 46:09cavité une vraie cavité optique avec des
  1020. 46:13miroirs vous savez qu'il y a des modes
  1021. 46:16il y a le mode
  1022. 46:17fondamental le premier
  1023. 46:20harmonique et
  1024. 46:22cetera admettons ils ont chacun des
  1025. 46:24fréquences donc admettons que on prenne
  1026. 46:28un un atome qui se désexcite à la
  1027. 46:32fréquence du premier harmonique donc de
  1028. 46:35de
  1029. 46:36celui-là ça veut dire que il y a
  1030. 46:41hop il y a des zones où il y a beaucoup
  1031. 46:43de champ et des zones où il y a très peu
  1032. 46:45de champ au milieu et donc si on pose
  1033. 46:47notre atome au centre par
  1034. 46:51exemple si on le pose au
  1035. 46:53centre il voudrait bien bien se coupler
  1036. 46:56au mode la seule chose c'est que il est
  1037. 46:57situé dans une zone où il y a très peu
  1038. 46:59de où il y a très peu en fait de de de
  1039. 47:04mode il est pas trop là ça va être dur
  1040. 47:05de s'y coupler donc à cet endroit-là le
  1041. 47:08temps de vie il est
  1042. 47:11augmenté quand on va au contraire le
  1043. 47:14placer sur un ventre ça va être très
  1044. 47:17facile de se coupler au mode
  1045. 47:20et et donc on va voir le temps de vie
  1046. 47:24décroître et donc on va avoir une
  1047. 47:26décroissance exponentielle plus courte
  1048. 47:29ce qu' a montré
  1049. 47:31percel ce qu'il a montré c'est que en
  1050. 47:33fait le truc qui fait à la fin si le
  1051. 47:37temps de vie est plus ou moins long ça
  1052. 47:39va être le
  1053. 47:40volume de la le volume des
  1054. 47:46modes et donc il s'agit d'avoir des
  1055. 47:50modes qui ont un volume le plus petit
  1056. 47:53possible donc il faut trouver des
  1057. 47:54cavités ou des résonances qui sont
  1058. 47:56extrêmement petites et ça il y a que les
  1059. 47:59métaux qui le fournissent et d'ailleurs
  1060. 48:01c'est des structures comme ça comme le
  1061. 48:03cube que je vous ai dessiné qui ont le
  1062. 48:05record actuellement si vous mettez un
  1063. 48:08émetteur sous le cube et ben en fait la
  1064. 48:11résonance de cavité est tellement forte
  1065. 48:15que l'émetteur il va se coupler hyper
  1066. 48:18bien à cette résonance de cavité et que
  1067. 48:20à ça alors ouais vous ça vous dit rien
  1068. 48:23mais le que à ça il est surprenant pour
  1069. 48:25pas mal de monde et donc bien que il
  1070. 48:28soit coincé l'émetteur soit coincé dans
  1071. 48:30une tout petit g de 5 g de 5 nanomètre
  1072. 48:34entre le cube et le plan métallique et
  1073. 48:36ben il va se désexciter dans le mode et
  1074. 48:39ça va même sortir dous le cube et et
  1075. 48:42voilà et avec un effet percel qui est de
  1076. 48:45l'ordre de plusieurs milliers c'estàdire
  1077. 48:47que vous avez typiquement avec ça un
  1078. 48:51temps de
  1079. 48:52vie qui est le temps de vie en espace
  1080. 48:55libre qui qui est divisé par 1000 ça va
  1081. 48:56même plus que ça en fait 3000 ils ont
  1082. 48:59atteint des des 30000 je crois h bref et
  1083. 49:02ça c'est un peu le Graal c'est-à-dire
  1084. 49:05que ça va permettre de faire des sources
  1085. 49:08de lumière un peu plus contrôlé ce qu'on
  1086. 49:10appelle des sources de photon unique si
  1087. 49:11vous mettez juste un émetteur sous le
  1088. 49:13cube il va être capable vous l'excitez
  1089. 49:16ce que vous voulez c'est obtenir en
  1090. 49:18échange un photon à chaque fois que vous
  1091. 49:20faites une excitation et ça ou en tout
  1092. 49:24cas assez souvent et ça marche pas trop
  1093. 49:27mal donc euh et ça ça marche pas trop
  1094. 49:29mal grâce à l'effet percel c'est parce
  1095. 49:32que euh vous savez que en fait il va se
  1096. 49:33désexciter instantanément derrière à peu
  1097. 49:37près et à coup sûr euh et donc vous
  1098. 49:40obtiendrez un photon euh ensuite donc
  1099. 49:44l'émission d'une lumière euh et c'est
  1100. 49:46photon par photon voilà donc euh c'est
  1101. 49:49ça les caractéristiques des résonances
  1102. 49:51en plasmanique c'est qu'il y a une
  1103. 49:52grosse section efficace des indices
  1104. 49:54effectifs élevés mais mais mais il faut
  1105. 49:57rajouter un mais alors je vais même le
  1106. 49:59rajouter en très gros il y a un énorme
  1107. 50:02mais en
  1108. 50:05plasmonique il est même plus gros que
  1109. 50:08ça le met c'est les
  1110. 50:11pertes c'est-à-dire que c'est ce que je
  1111. 50:13vous ai pas mis dans le modèle de Drude
  1112. 50:16en réalité euh c'est un modèle de drud
  1113. 50:18sans perte avec un Epsilon réel c'est
  1114. 50:19parce que ben on est en train de de
  1115. 50:21faire juste une intro mais le il y a
  1116. 50:24énormément perte dans les
  1117. 50:26métaux c'est particulièrement vrai par
  1118. 50:28exemple avec l'or l'or il absorbe
  1119. 50:31complètement le bleu et c'est pour ça
  1120. 50:32qu'il est
  1121. 50:34jaune l'argent il se comporte comme un
  1122. 50:38métal quand même pour le bleu le vert et
  1123. 50:41le rouge et c'est pour ça que c'est un
  1124. 50:42métal qui apparaît comme blanc et
  1125. 50:44parfaitement réfléchissant mais il y a
  1126. 50:46beaucoup de pertes quand on cherche à
  1127. 50:48faire en sorte que la lumière se
  1128. 50:50propage à proximité d'un métal
  1129. 50:53sincèrement au début de pas au début de
  1130. 50:55la plasmonique mais au début de la
  1131. 50:56période plasmonique fun on va dire dans
  1132. 50:59les années 90 tout le monde a espéré
  1133. 51:01qu'on arrive à faire des presque des
  1134. 51:04ordinateurs qui marcheraient juste avec
  1135. 51:05de des des placements parce que l'idée
  1136. 51:08c'était qu'on pouvait même juste en
  1137. 51:10gravant une surface il y avait les
  1138. 51:12placements il prenaient enfin il y avait
  1139. 51:14un mode guidé qui se propageait dans le
  1140. 51:16creux là et donc bah on aurait pu graver
  1141. 51:18des circuits les faire
  1142. 51:21interagir et puis voilà faire des trucs
  1143. 51:23rigolo tout ça faire du traitement du
  1144. 51:27signal basé sur des placements de
  1145. 51:29surface mais non parce que en fait ça se
  1146. 51:31propage pas assez loin c'est déjà pas
  1147. 51:33mal il se propage sur quelques
  1148. 51:35microns typiquement un placement de
  1149. 51:37surface ça se propage sur 10 microns
  1150. 51:39mais ça veut dire qu'au bout de 10
  1151. 51:40microns il reste pas grandchose quoi
  1152. 51:42donc il y a il y a beaucoup de
  1153. 51:44pertes et puis alors des fois c'est cool
  1154. 51:47les pertes mais les applications en
  1155. 51:49plasmonique sont presque réservées au
  1156. 51:51cas où les pertes sécoulent al quand
  1157. 51:53est-ce que les pertes sécoulent ben si
  1158. 51:55vous vous voulez faire colorer des
  1159. 51:57Vitros
  1160. 52:01euh ça c'est cool
  1161. 52:04euh si vous voulez faire de la détection
  1162. 52:08du du biosensing alors du biosensing
  1163. 52:11c'est une c'est l'application majeure de
  1164. 52:13la plasmonique c'est détecter la
  1165. 52:15présence de molécules parce que les
  1166. 52:17résonances elles se font dans des des
  1167. 52:19volume tout petit et ça ça veut dire
  1168. 52:22qu'elles peuvent être perturbées très
  1169. 52:24facilement par la présence de de
  1170. 52:25quelques molécules et quand je dis
  1171. 52:26quelques molécules c'est vraiment pas
  1172. 52:27grand-chose et le placement de surface
  1173. 52:29particulièrement est très sensible à la
  1174. 52:31présence de de quelques molécules
  1175. 52:33attaché à la surface du métal et donc on
  1176. 52:35va détecter la résonance comment on la
  1177. 52:38détecte ben en général on on regarde
  1178. 52:40comment l'absorption varie en fonction
  1179. 52:42de l'angle ou de la longueur d'onde et
  1180. 52:44on voit des résonances c'est-à-dire
  1181. 52:45qu'on voit des des pics d'absorption
  1182. 52:47donc ou des réflectivités en en chute
  1183. 52:49quoi et on va regarder comment cette
  1184. 52:51résonance se
  1185. 52:53déplace ça c'est le biosenc
  1186. 52:55hop on va regarder comment cette
  1187. 52:57résonance se déplace et ça va nous
  1188. 52:59indiquer si oui ou non les molécules
  1189. 53:01intéressantes sont là euh il y a aussi
  1190. 53:05bon
  1191. 53:06ouaisut faut le dire mais ça concentre
  1192. 53:08la lumière et donc il y a moyen de
  1193. 53:13chauffer chauffer très localement c'est
  1194. 53:16que vous allez éclairer la nanoparticule
  1195. 53:18elle va raisonner et la température va
  1196. 53:20augmenter juste autour ça peut être ça
  1197. 53:22peut avoir un intérêt euh voilà mais
  1198. 53:24donc
  1199. 53:25ce que vous voyez c'est que il va
  1200. 53:27falloir être très prudent en
  1201. 53:29plasmonique si on veut faire une
  1202. 53:32application qui se vendent il va falloir
  1203. 53:36vraiment que le ce soit que voilà que le
  1204. 53:41le qu'apporte votre dispositif ce soit
  1205. 53:44résistant à l'existence des pertes et
  1206. 53:48très très souvent et les les toutes
  1207. 53:50premières idées en tout cas ça s'est
  1208. 53:52révélé pas du tout résistant et ce qu'on
  1209. 53:55peut entendre assez couramment de la
  1210. 53:57part de gens qui
  1211. 53:58notamment utilisent plutôt des
  1212. 54:01diélectriques dans ce qu'ils étudient et
  1213. 54:04ben genre des cristaux photoniques et
  1214. 54:06des choses comme ça c'est que la
  1215. 54:07plasmonique de toute façon c'est mort
  1216. 54:09avec les pertes on pourra rien faire et
  1217. 54:11ça j'essaierai de vous montrer c'est
  1218. 54:13faux en réalité il y a pas mal
  1219. 54:17d'applications potentiel encore parce
  1220. 54:19que pour l'instant la plus grosse
  1221. 54:21application ça reste le biosensing je
  1222. 54:23devrais le redire et le biosensing juste
  1223. 54:26avec le placement de surface donc il y a
  1224. 54:28même pas de nanoparticules de truc hyper
  1225. 54:30compliqué c'est juste ça le reste c'est
  1226. 54:32encore dans les cartons c'est encore de
  1227. 54:34la recherche

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This page contains the full transcript of La plasmonique by Antoine Moreau, generated from the public captions YouTube serves with the video. The transcript has 7,774 words across 1,227 segments, with the original timestamps preserved so you can click any line to jump to that moment in the embedded player.

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