Les membres du CRPuO dévoilent les mystères des nanostructures métalliques (plasmoniques) et pavent la voie pour la future de la recherche en photonique

Publié le vendredi 19 mars 2021

C'est bien connu que les métaux comme l'or et l'argent avons des pertes par absorption et par rayonnement élevés quand il s’interagit avec la lumière, qui compromis leur utilisation pour la recherche d’optique et photonique, particulièrement pour les applications industrielles. Les surfaces structures, connues comme des métasurface, qui sont créées des nanoparticules métalliques, ont des propriétés uniques comparer aux nanoparticles non métalliques. Décris par Md Saad Bin Alam, doctorant du membre du CRPuO Ksenia Dolgaleva, « la lumière n’y est pas confinée, piégée à l’intérieur, mais plutôt concentrée près de la surface. On appelle ce phénomène “résonance de plasmon de surface localisé”, ou LSPR (de l’anglais “localized surface plasmon resonance”). Cette caractéristique rend les nanoparticules métalliques très supérieures à leurs équivalents diélectriques, parce que de telles résonances de surface pourraient servir à détecter des organismes ou des molécules en médecine ou en chimie. Comme elles peuvent aussi constituer le mécanisme de rétroaction à l’origine de l’effet laser, on pourrait les utiliser pour fabriquer un minuscule laser nanométrique aux nombreuses applications en nanophotonique, comme le LIDAR (détection et télémétrie par ondes lumineuses) pour la détection d’objets en champ lointain. » (Médias, Université d’Ottawa, 2021)

Représentation artistique d’une métasurface consistant en un réseau rectangulaire de nanostructures d’or rectangulaires générant des résonances plasmoniques de surface

Représentation artistique d’une métasurface consistant en un réseau rectangulaire de nanostructures d’or rectangulaires générant des résonances plasmoniques de surface.
Illustration : Yaryna Mamchurcoauteure et étudiante à l’Université d’Ottawa à l’été 2019

Étant donné les pertes par absorption et par rayonnement élevées dans les nanoparticules métalliques, ce qui est connu comme les facteurs Q des LSPR sont très faibles (5 à 10). L’efficacité des applications pour les nanoparticles métalliques dépend sur ce facteur de qualité de la résonance. Même si la recherche précédente a découvert les méthodes de mitiger ses pertes par la manipulation de résonance de réseau”, une nouveau « surface lattice resonance » ou SLR, les facteurs Q pour les SLR’s était seulement 100-200. « Même si c’était supérieur aux facteurs Q des LSPR, ce n’était pas encore très impressionnant, ni très efficace. C’est ainsi qu’est né le mythe voulant que les métaux soient inutiles pour des applications pratiques » nous explique Dr Orad Resef, postdoctorant du membre du CRPuO Robert W. Boyd (Médias, Université d’Ottawa, 2021).

Récemment, membres du CRPuO Ksenia Dolgaleva, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en photonique intégrée et Professeure adjointe avec l’École de science informatique et de génie électrique avec affectation multiple a le Département de physique, et Robert W. Boyd, titulaire de la Chaire d’excellence en recherche du Canada sur l’optique non linéaire quantique et Professeur avec le Département de physique avec affectation multiple a l’École de science informatique et de génie électrique, en collaboration avec Jean-Michel Ménard, Professeur adjoint avec le Département de physique, et avec l’aide de leurs groupes de recherche, ont démystifier cette croyance en montrer que les nanostructures métalliques (plasmoniques) peuvent être utilisées pour les applications optiques concrètes avec la propre préparation de la nanostructure et en menant soigneusement l’expérience. Avec une combinaison de techniques au lieu d’une approche singulaire, ils ont démontré un réseau périodique de nanoparticules métalliques avec un facteur de qualité (facteur Q) historique. Comme décrit par Professeure Dolgaleva, « [n]ous avons obtenu des résonances exceptionnelles dans un réseau périodique de nanoparticules métalliques, avec un facteur de qualité (facteur Q) dix fois plus grand que dans les recherches antérieures » (Médias, Université d’Ottawa, 2021)

Cette recherche de pointe était faite principalement par Md Saad Bin Alam et Dr Orad Reshef. Md Saad Bin Alam a conçu la structure de la métasurface et à mener l’expérience, et Dr Reshef a fabriqué la métasurface expérimentale dans l’installation NanoFab du CRPuO. Yaryna Mamchur et Dr Mikko Huttunen ont aidé avec l’expérience et la modélisation numérique, et Prof Dolgaleva et Prof Boyd ont supervisé conjointement la recherche, en collaboration avec le professeur Jean-Michel Ménard et Iridian Spectral Technologies. Les autres coauteurs, Dr Zahirul Alam et Dr Jeremy Upham, ont participé à la rédaction de l’article.

Cette percée importante était publiée récemment dans l’article « “Ultra-high-Q resonances in plasmonic metasurfaces » dans le journal prestigieux Nature Communications.

uOttawa Médias ont aussi publier leur propre article au sujet de cette percée importante.

Félicitations a tous les chercheurs qui soient impliqués avec ce découvert importante et pour continuer a progressé le domaine de la recherche en photonique!


Références

Médias, Université d’Ottawa (2021, 19 mars). Une équipe de recherche de l’Université d’Ottawa met en lumière le potentiel de nanostructures métalliques. https://medias.uottawa.ca/nouvelles/equipe-recherche-luniversite-dottawa-met-lumiere-potentiel-nanostructures-metalliques#

Haut de page