Search

Your search keyword '"Arnaud Arbouet"' showing total 69 results
Start Over Author "Arnaud Arbouet" Topic business
69 results on '"Arnaud Arbouet"'

1. Time-resolved cathodoluminescence in an ultrafast transmission electron microscope

Author

Florent Houdellier, Sophie Meuret, Arnaud Arbouet, Sébastien J. Weber, Luiz H. G. Tizei, Mathieu Kociak, Huan-Cheng Chang, Marcel Tencé, Y. Auad, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique des Solides (LPS), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Institute of Atomic and Molecular Sciences [Taipei] (IAMS), Academia Sinica, ANR-19-CE30-0008,ECHOMELO,Holographie électronique des matériaux pour l'optoélectronique sous excitation lumineuse(2019), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)

Subjects
Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), FOS: Physical sciences, Physics::Optics, Cathodoluminescence, 02 engineering and technology, Electron, 01 natural sciences, law.invention, law, 0103 physical sciences, Physics::Atomic and Molecular Clusters, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Image resolution, 010302 applied physics, Condensed Matter - Materials Science, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), 021001 nanoscience & nanotechnology, Transmission (telecommunications), Transmission electron microscopy, Temporal resolution, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, Electron microscope, 0210 nano-technology, business, Ultrashort pulse
Abstract

Ultra-fast transmission electron microscopy (UTEM) combines sub-picosecond time-resolution with the versatility of TEM spectroscopies. It allows one to study the dynamics of materials properties combining complementary techniques. However, until now, time-resolved cathodoluminescence, which is expected to give access to the optical properties dynamics, was still unavailable in a UTEM. In this paper, we report time-resolved cathodoluminescence measurements in an ultrafast transmission electron microscope. We measured lifetime maps, with a 12 nm spatial resolution and sub-nanoseconds resolution, of nano-diamonds with a high density of NV center. This study paves the way to new applications of UTEM and to correlative studies of optically active nanostructures., Supplementary information at the end of the article

Published
2021
Full Text
View/download PDF

2. Deep learning in nano-photonics: inverse design and beyond

Author

Otto L. Muskens, Arnaud Arbouet, Peter R. Wiecha, Christian Girard, Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), University of Southampton, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Inverse, FOS: Physical sciences, Context (language use), 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 010309 optics, [PHYS.PHYS.PHYS-COMP-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Computational Physics [physics.comp-ph], Knowledge extraction, 0103 physical sciences, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], [PHYS.COND.CM-MSQHE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect [cond-mat.mes-hall], Physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Artificial neural network, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, Deep learning, Computational Physics (physics.comp-ph), 021001 nanoscience & nanotechnology, Data science, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Variety (cybernetics), Stochastic gradient descent, Artificial intelligence, 0210 nano-technology, business, Physics - Computational Physics, Strengths and weaknesses, Optics (physics.optics), Physics - Optics
Abstract

Deep learning in the context of nano-photonics is mostly discussed in terms of its potential for inverse design of photonic devices or nanostructures. Many of the recent works on machine-learning inverse design are highly specific, and the drawbacks of the respective approaches are often not immediately clear. In this review we want therefore to provide a critical review on the capabilities of deep learning for inverse design and the progress which has been made so far. We classify the different deep learning-based inverse design approaches at a higher level as well as by the context of their respective applications and critically discuss their strengths and weaknesses. While a significant part of the community's attention lies on nano-photonic inverse design, deep learning has evolved as a tool for a large variety of applications. The second part of the review will focus therefore on machine learning research in nano-photonics "beyond inverse design". This spans from physics informed neural networks for tremendous acceleration of photonics simulations, over sparse data reconstruction, imaging and "knowledge discovery" to experimental applications., Review article of 18 pages, 7 figures, 4 info-boxes

Published
2020
Full Text
View/download PDF

3. Polarizabilities of complex individual dielectric or plasmonic nanostructures

Author

Peter R. Wiecha, Aurélien Cuche, Christian Girard, Arnaud Arbouet, Otto L. Muskens, Clément Majorel, Adelin Patoux, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Materials science, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, Phase (waves), FOS: Physical sciences, Physics::Optics, 02 engineering and technology, Dielectric, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Molecular physics, [PHYS.PHYS.PHYS-GEN-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/General Physics [physics.gen-ph], Dipole, Polarizability, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, SPHERES, Photonics, 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Magnetic dipole, Plasmon
Abstract

When the sizes of photonic nanoparticles are much smaller than the excitation wavelength, their optical response can be efficiently described with a series of polarizability tensors. Here, we propose a universal method to extract the different components of the response tensors associated with small plasmonic or dielectric particles. We demonstrate that the optical response can be faithfully approximated, as long as the effective dipole is not induced by retardation effects, hence do not depend on the phase of the illumination. We show that the conventional approximation breaks down for a phase-driven dipolar response, such as optical magnetic resonances in dielectric nanostructures. To describe such retardation induced dipole resonances in intermediate-size dielectric nanostructures, we introduce "pseudo-polarizabilities" including first-order phase effects, which we demonstrate at the example of magnetic dipole resonances in dielectric spheres and ellipsoids. Our method paves the way for fast simulations of large and inhomogeneous meta-surfaces., Comment: 13 pages, 11 figures

Published
2020
Full Text
View/download PDF

5. Design of plasmonic directional antennas via evolutionary optimization

Author

Christian Girard, Peter R. Wiecha, Clément Majorel, Vincent Paillard, Aurélien Cuche, Otto L. Muskens, Arnaud Arbouet, University of Southampton, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Computer science, FOS: Physical sciences, Inverse, Physics::Optics, Applied Physics (physics.app-ph), 02 engineering and technology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Light scattering, 010309 optics, Optics, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, Electronic engineering, Plasmon, [PHYS]Physics [physics], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Directional antenna, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, Scattering, Finite-difference time-domain method, Physics - Applied Physics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Routing (electronic design automation), Photonics, 0210 nano-technology, business
Abstract

We demonstrate inverse design of plasmonic nanoantennas for directional light scattering. Our method is based on a combination of full-field electrodynamical simulations via the Green dyadic method and evolutionary optimization (EO). Without any initial bias, we find that the geometries reproducibly found by EO, work on the same principles as radio-frequency antennas. We demonstrate the versatility of our approach by designing various directional optical antennas for different scattering problems. EO based nanoantenna design has tremendous potential for a multitude of applications like nano-scale information routing and processing or single-molecule spectroscopy. Furthermore, EO can help to derive general design rules and to identify inherent physical limitations for photonic nanoparticles and metasurfaces., 13 pages, 9 figures

Published
2019
Full Text
View/download PDF

6. Optimization of off-axis electron holography performed with femtosecond electron pulses

Author

Giuseppe Mario Caruso, Florent Houdellier, Martin Hÿtch, Christophe Gatel, Sébastien J. Weber, Arnaud Arbouet, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)

Subjects
Materials science, electron holography, [PHYS.PHYS.PHYS-ACC-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Accelerator Physics [physics.acc-ph], Holography, Phase (waves), Physics::Optics, 02 engineering and technology, Electron, 01 natural sciences, Electron holography, law.invention, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Optics, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], law, femtosecond laser, 0103 physical sciences, cold field emission, [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex], Field emission gun, Instrumentation, 010302 applied physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, Transmission electron microscopy, Femtosecond, Ultrafast Transmission Electron Microscopy, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, business, Ultrashort pulse, [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Abstract

International audience; We report on electron holography experiments performed with femtosecond electron pulses in an ultrafast coherent Transmission Electron Microscope based on a laser-driven cold field emission gun. We first discuss the experimental requirements related to the long acquisition times imposed by the low emission/probe current available in these instruments. The experimental parameters are first optimized and electron holograms are then acquired in vacuum and on a nano-object showing that useful physical properties can nevertheless be extracted from the hologram phase in pulsed condition. Finally, we show that the acquisition of short exposure time holograms assembled in a stack, combined with a computer-assisted shift compensation of usual instabilities encountered in holography, such as beam and biprism wire instabilities, can yield electron holograms acquired with a much better contrast paving the way to ultrafast time-resolved electron holography.

Published
2019
Full Text
View/download PDF

7. (Invited) High Index Dielectric Nanoantennas for Light Management, Controlled Photoluminescence of Quantum Emitters, and Semiconductor-Based Plasmonics

Author

Olivier Boisron, Anne-Sophie Royet, Frank Fournel, Vincent Paillard, Clément Majorel, Aurélien Cuche, Richard Monflier, Peter R. Wiecha, Nicolas Chery, Arnaud Arbouet, Jean-Marie Poumirol, Pablo Acosta-Alba, Caroline Bonafos, Bruno Masenelli, Nicolas Mallet, F. Gourbilleau, Fuccio Cristiano, Sebastien Kerdiles, Hervé Rinnert, Christian Girard, Guilhem Larrieu, and Vincent Larrey

Subjects
Photoluminescence, Materials science, Semiconductor, business.industry, High index, Light management, Optoelectronics, Dielectric, business, Quantum, Plasmon
Abstract

Recently, an alternative to plasmonics emerged with high-refractive index dielectric nanostructures (e.g. silicon, n≈4 in the visible range), which offer the same kind of applications as nanostructures of noble metals, but with interesting advantages and despite lower field enhancement and confinement volume. Thus, they can be used to enhance and control light scattering efficiency, nonlinear emission, Purcell effect, etc. Furthermore, silicon nanostructures offer several key advantages: absorption losses are far weaker than in metals for wavelengths longer than the direct band gap, presence of strong magnetic resonances much more difficult to obtain in metals, and access to semiconductor (CMOS) technology for reproducible large-scale nanostructure fabrication. The first mean for controlling optical properties is given by manipulating Mie resonances instead of local surface plasmon resonances (LSPR). The Mie resonances can be adjusted by modifying the size, shape, and material of those nanostructures. The other mean is obtained by doping the nanostructures generating free carriers, thus leading to tunable LSPRs as function of dopant concentration (contrary to metals which have a fixed free electron concentrations). We present two examples describing the interest of using silicon nanoantennas, which are: (i) emission rate modification of quantum emitters placed in the silicon nanoantenna near-field (we focus also on the important role of both electric and magnetic components of light), and (ii) tunable Si-based plasmonics in the MIR to NIR spectral range by tuning dopant concentration and structural parameters of Si nanostructures. We show the effect of a Si nanoantenna on the spontaneous emission of quantum emitters placed in its vicinity. The emission rate corresponds to the local density of photonic states (LDOS), which is modified by the nanostructure. Thus, it can be controlled (enhancement or quenching) by properly designing the nanoantenna. For application in field-enhanced spectroscopy and single molecule detection, the goal is to obtain the highest enhancement. We discuss results of photoluminescence enhancement of various emitters placed around simple Si nanoantennas, with a special focus on the photoluminescence of Eu3+-doped thin films deposited on the Si nanoantennas. These rare earth ions exhibit both electric dipole (ED) and magnetic dipole (MD) transitions of nearly equal strength. We show that these ED and MD transitions are very sensitive to the electric and magnetic LDOS, respectively. This can be evidenced using Si nanoantennas, which support both electric and magnetic resonances of comparable strength. Due to the very high index, they also give the unique opportunity to separate and redistribute in the nearfield the energy of the magnetic and electric parts of the electromagnetic field, otherwise inextricably connected in the far field. In a second part, we present theoretical results about doped Si nanostructures based on the Green Dyadic Method initially used for studying optical properties in metal nanostructures. We show that cuboid Si nanostructures of a few tenths of nm in each dimension, with carrier concentration around 2.6 1021 cm-3, give LSPR close to the telecom wavelength at 1.54 μm. Experimentally, an original strategy has been developed to incorporate and active dopant at concentrations above 1020 cm-3. Such strategy involves out-of-equilibrium annealing by using nanosecond laser pulses and liquid phase epitaxy. We can thus expect tuning the LSPR frequency in the MIR to NIR range depending on the dopant concentration and the nanostructure shape. Preliminary experimental results are shown and compared to theory.

Published
2020
Full Text
View/download PDF

8. Quantum theory of near-field optical imaging with rare-earth atomic clusters

Author

Clément Majorel, Christian Girard, Peter R. Wiecha, Aurélien Cuche, Arnaud Arbouet, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)

Subjects
Population, FOS: Physical sciences, Physics::Optics, Near and far field, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, 010306 general physics, education, Physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], education.field_of_study, Local density of states, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, Statistical and Nonlinear Physics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polarization (waves), Ray, [PHYS.PHYS.PHYS-GEN-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/General Physics [physics.gen-ph], Atomic and Molecular Physics, and Optics, 3. Good health, Light intensity, Near-field scanning optical microscope, Photonics, Atomic physics, 0210 nano-technology, business, Physics - Optics, Optics (physics.optics)
Abstract

Scanning near-field optical imaging (SNOM) using local active probes provides in general images of the electric part of the photonic local density of states. However, certain atomic clusters can supply more information by simultaneously revealing both the magnetic (m-LDOS) and the electric (e-LDOS) local density of states in the optical range. For example, nanoparticles doped with rare-earth elements like europium or terbium provide both electric dipolar (ED) and magnetic dipolar (MD) transitions. In this theoretical article, we develop a quantum description of active systems (rare earth ions) coupled to a photonic nanostructure, by solving the optical Bloch equations together with Maxwell's equations. This allows us to access the population of the emitting energy levels for all atoms excited by the incident light, degenerated at the extremity of the tip of a near-field optical microscope. We show that it is possible to describe the collected light intensity due to ED and MD transitions in a scanning configuration. By carrying out simulations on different experimentally interesting systems, we demonstrate that our formalism can be of great value for the interpretation of experimental configurations including various external parameters (laser intensity, polarization and wavelength, the SNOM probe size, the nature of the sample ...)., Comment: 10 pages, 8 figures

Published
2020
Full Text
View/download PDF

9. Multi-resonant silicon nanoantennas by evolutionary multi-objective optimization

Author

Aurélie Lecestre, Christian Girard, Arnaud Arbouet, Peter R. Wiecha, Guilhem Larrieu, Vincent Paillard, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Nanostructure, business.industry, Computer science, Physics::Optics, Inverse, 02 engineering and technology, Function (mathematics), 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Multi-objective optimization, [PHYS.PHYS.PHYS-COMP-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Computational Physics [physics.comp-ph], Wavelength, 0103 physical sciences, Code (cryptography), Electronic engineering, Photonics, 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Electron-beam lithography
Abstract

International audience; Photonic nanostructures have attracted a tremendous amount of attention in the recent past. Via their size, shape and material it is possible to engineer their optical response to user-defined needs. Tailoring of the optical response is usually based on a reference geometry for which subsequent variations to the initial design are applied. Such approach, however, might fail if optimum nanostructures for complex optical responses are searched. As example we can mention the case of complex structures with several simultaneous optical resonances. We propose an approach to tackle the problem in the inverse way: In a first step we define the desired optical response as function of the nanos-tructure geometry. This response is numerically evaluated using the Green Dyadic Method for fully retarded electro-dynamical simulations. Eventually, we optimize multiple of such objective functions concurrently, using an evolutionary multi-objective optimization algorithm , which is coupled to the electro-dynamical simulations code. A great advantage of this optimization technique is, that it allows the implicit and automatic consideration of technological limitations like the electron beam lithography resolution. Explicitly, we optimize silicon nanostructures such that they provide two user-defined resonance wavelengths, which can be individually addressed by crossed incident polarizations.

Published
2018
Full Text
View/download PDF

11. Local field enhancement and thermoplasmonics in multimodal aluminum structures

Author

Peter R. Wiecha, Jérôme Plain, Alexandre Bouhelier, Jérôme Martin, Arnaud Arbouet, Davy Gérard, Aurélien Cuche, Marie-Maxime Mennemanteuil, Dmitry Khlopin, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique ( CEMES-NeO ), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Nano Optics and Near-field spectroscopy Group, King‘s College London, Laboratoire de Nanotechnologie et d'Instrumentation Optique ( LNIO ), Institut Charles Delaunay ( ICD ), Université de Technologie de Troyes ( UTT ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Technologie de Troyes ( UTT ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Nanotechnologie et d'Instrumentation Optique (LNIO), Institut Charles Delaunay (ICD), Université de Technologie de Troyes (UTT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Troyes (UTT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne [Dijon] (LICB), Université de Bourgogne (UB)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB)

Subjects
fano-resonant aluminum, Nanostructure, Photoluminescence, Materials science, Field (physics), FOS: Physical sciences, plasmonic materials, 02 engineering and technology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Optics, Electric field, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, Thermal, nanostructures, ultraviolet, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], conversion, 010306 general physics, Plasmon, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, Surface plasmon, nanoplasmonics, gold, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polarization (waves), nanoprisms, nanoantennas, Optoelectronics, nanoparticles, 0210 nano-technology, business, [ PHYS.COND ] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]
Abstract

Aluminum nanostructures have recently been at the focus of numerous studies due to their properties including oxidation stability and surface plasmon resonances covering the ultraviolet and visible spectral windows. In this article, we reveal a new facet of this metal relevant for both plasmonics purpose and photo-thermal conversion. The field distribution of high order plasmonic resonances existing in two-dimensional Al structures is studied by nonlinear photoluminescence (nPL) microscopy in a spectral region where electronic interband transitions occur. The polarization sensitivity of the field intensity maps shows that the electric field concentration can be addressed and controlled on-demand. We use a numerical tool based on the Green dyadic method to analyze our results and to simulate the absorbed energy that is locally converted into heat. The polarization-dependent temperature increase of the Al structures is experimentally quantitatively measured, and is in an excellent agreement with theoretical predictions. Our work highlights Al as a promising candidate for designing thermal nanosources integrated in coplanar geometries for thermally assisted nanomanipulation or biophysical applications., 8 pages 6 figures main article; 7 pages 9 figures supporting informations

Published
2017
Full Text
View/download PDF

12. Plasmonic Breathing and Edge Modes in Aluminum Nanotriangles

Author

Mathieu Kociak, Jérôme Martin, Arnaud Arbouet, Julien Proust, Davy Gérard, Jérôme Plain, Alfredo Campos, Laboratoire de Physique des Solides (LPS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Laboratoire de Nanotechnologie et d'Instrumentation Optique (LNIO), Institut Charles Delaunay (ICD), Université de Technologie de Troyes (UTT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Troyes (UTT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)

Subjects
spectroscopy, Nanostructure, Materials science, aluminum plasmonic, resonances, surface plasmon, electron energy-loss spectroscopy, 02 engineering and technology, medicine.disease_cause, 01 natural sciences, Molecular physics, 010309 optics, Optics, electron beam lithography, Dispersion relation, 0103 physical sciences, nanostructures, medicine, Electrical and Electronic Engineering, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Spectroscopy, Plasmon, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, Electron energy loss spectroscopy, Surface plasmon, edge mode, resolution, 021001 nanoscience & nanotechnology, breathing mode, Atomic and Molecular Physics, and Optics, nanodisks, Electronic, Optical and Magnetic Materials, surface-plasmons, nanoantennas, nanoparticles, 0210 nano-technology, business, antennas, Ultraviolet, Electron-beam lithography, Biotechnology
Abstract

WOS:000401781600032; International audience; We use electron energy loss spectroscopy (EELS) to perform a comprehensive spectroscopy and mapping of the plasmonic modes sustained by aluminum nanotriangles. Behind the apparent simplicity of such structures, a rich variety of plasmonic modes is observed. Edge modes and pseudoradial breathing modes (pseudo-RBMs) are unveiled as they couple efficiently with the electron source. We propose analytical models confirmed by rigorous simulations to index both families of modes and describe their spatial symmetry. Edge modes could be indexed as nanoantenna modes, while pseudo-RBMs match triangular cavities ones. The dispersion relation of both modes is measured highlighting their different nature. Plasmonic resonances ranging from near-infrared (IR) to ultraviolet (UV) are obtained by varying the triangle sizes, and especially, we found pseudo-RBMs resonances in the UV region, making them interesting for UV applications.

Published
2017
Full Text
View/download PDF

13. Theory of plasmonic properties of hyper-doped silicon nanostructures

Author

Christian Girard, Arnaud Arbouet, Adelin Patoux, Vincent Paillard, Peter R. Wiecha, Aurélien Cuche, Caroline Bonafos, Clément Majorel, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-18-CE09-0034,DONNA,Dopage à l'échelle nano(2018), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)

Subjects
Silicon, Nanostructure, Materials science, Physics::Optics, chemistry.chemical_element, Surface plasmons, 02 engineering and technology, Hyperdoped nanostructures, 01 natural sciences, Condensed Matter::Materials Science, Optics, 0103 physical sciences, Electrical and Electronic Engineering, Physical and Theoretical Chemistry, Surface plasmon resonance, 010306 general physics, Plasmon, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Dopant, business.industry, Surface plasmon, Doping, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, 021001 nanoscience & nanotechnology, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Semiconductor, chemistry, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business
Abstract

International audience; The presence of a Localized Surface Plasmon Resonance in doped semiconductor nanostructures opens a new field for plasmonics and metasurfaces. Semiconductor nanostructures can be easily processed, have weak dissipation losses, and the plasmon resonance can be tuned from the mid- to the near-infrared spectral range by changing the dopant concentration (in complement to the constituent material, the size and shape of the nanostructure). We present in this paper an extension of the Green Dyadic Method applied to the case of doped silicon nanostructures of arbitrary shape on a planar silica substrate. The method is used to compute both far- and near-field optical properties, such as the extinction efficiency and the electromagnetic near-field intensity inside and around any doped silicon nanostructure, respectively. This theoretical approach provides an important tool for active dopant characterization in doped semiconductor nanostructures, for near-field imaging of complex nanoantennas produced by electron beam lithography, and for the definition of doped semiconductor-based metasurfaces.

Published
2019
Full Text
View/download PDF

14. Tailoring and imaging the plasmonic local density of states in crystalline nanoprisms

Author

Alexandre Teulle, Jadab Sharma, Arnaud Arbouet, Renaud Marty, Erik Dujardin, Christian Girard, Sviatlana Viarbitskaya, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe NanoSciences (CEMES-GNS), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)

Subjects
Materials science, Local density of states, business.industry, Mechanical Engineering, Surface plasmon, Physics::Optics, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 02 engineering and technology, General Chemistry, Optical field, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Polarization (waves), 01 natural sciences, Ray, 0104 chemical sciences, Wavelength, Optics, Mechanics of Materials, Light beam, General Materials Science, 0210 nano-technology, business, Plasmon
Abstract

Surface plasmon (SP) technologies exploit the spectral and spatial properties of collective electronic oscillations in noble metals placed in an incident optical field. Yet the SP local density of states (LDOS), which rule the energy transducing phenomena between the SP and the electromagnetic field, is much less exploited. Here, we use two-photon luminescence (TPL) microscopy to reveal the SP-LDOS in thin single-crystalline triangular gold nanoprisms produced by a quantitative one-pot synthesis at room temperature. Variations of the polarization and the wavelength of the incident light redistribute the TPL intensity into two-dimensional plasmonic resonator patterns that are faithfully reproduced by theoretical simulations. We demonstrate that experimental TPL maps can be considered as the convolution of the SP-LDOS with the diffraction-limited Gaussian light beam. Finally, the SP modal distribution is tuned by the spatial coupling of nanoprisms, thus allowing a new modal design of plasmonic information processing devices. Much less exploited than the spectral and spatial properties of surface plasmons (SPs) are their local density of states (SP-LDOS), which rule a number of important nanoscale phenomena. Using two-photon luminescence microscopy, the SP-LDOS in ultrathin gold nanoprisms is now visualized directly, allowing for the SP modal distribution to be tuned.

Published
2013
Full Text
View/download PDF

15. Beyond dipolar regime in high-order plasmon mode bowtie antennas

Author

Upkar Kumar, Christian Girard, Erik Dujardin, Jadab Sharma, Arnaud Arbouet, Aurélien Cuche, Sviatlana Viarbitskaya, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Groupe NanoSciences (CEMES-GNS), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Physics::Optics, Near and far field, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Optics, 0103 physical sciences, Energy transformation, Electrical and Electronic Engineering, Physical and Theoretical Chemistry, 010306 general physics, Plasmon, Physics, [PHYS]Physics [physics], Directional antenna, business.industry, Antenna measurement, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polarization (waves), Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Dipole, Optoelectronics, Prism, 0210 nano-technology, business
Abstract

cited By 2; International audience; Optical nanoantennas have shown their great potential for far-field to near-field coupling and for light confinement in subwavelength volumes. Here, we report on a multimodal configuration for bright and polarization-dependent bowtie antenna based on large and highly crystalline gold prisms. Each individual prism constituting an antenna arm sustains high order plasmon modes in the visible and near infrared range that allow for high field confinement and two-dimensional optical information propagation. We demonstrate by scanning two-photon luminescence (TPL) microscopy and numerical simulations based on the Green dyadic method that these bowtie antennas result in intense hot spots in different antenna locations as a function of the incident polarization. Finally, we quantify the local field enhancement above the antennas by computing the normalized total decay rate of a molecular system placed in the near field of the antenna gap as a function of the dipole orientation. We demonstrate the existence of a subtle relation between antenna geometry, polarization dependence and field enhancement. These new multimodal optical antennas are excellent far field to near field converter and they open the door for new strategies in the design of coplanar optical components for a wide range of applications including sensing, energy conversion or integrated information processing.

Published
2017
Full Text
View/download PDF

16. Evolutionary multi-objective optimization of colour pixels based on dielectric nano-antennas

Author

Vincent Paillard, Arnaud Arbouet, Aurélie Lecestre, Guilhem Larrieu, Christian Girard, Peter R. Wiecha, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)

Subjects
resonances, Computer science, design, Biomedical Engineering, FOS: Physical sciences, plasmonic nanoantennas, Physics::Optics, ComputerApplications_COMPUTERSINOTHERSYSTEMS, Bioengineering, 02 engineering and technology, Dielectric, 01 natural sciences, Multi-objective optimization, 010309 optics, [PHYS.PHYS.PHYS-COMP-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Computational Physics [physics.comp-ph], Optics, light-scattering, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), nanostructures, emission, 0103 physical sciences, General Materials Science, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Computer Science::Databases, [PHYS.COND.CM-MSQHE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect [cond-mat.mes-hall], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Pixel, business.industry, Numerical technique, optical antennas, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, metasurfaces, Atomic and Molecular Physics, and Optics, silicon nanoparticles, electromagnetic scattering, Photonics, 0210 nano-technology, business
Abstract

The rational design of photonic nanostructures consists in anticipating their optical response from simple models or as variations of reference systems. This strategy is limited when different objectives are simultaneously targeted. Inspired from biology, evolutionary approaches drive the morphology of a nano-object towards an optimum through several cycles of selection, mutation and cross-over, mimicking the process of natural selection. However, their extension to scenarii with multiple objectives demands efficient computational schemes. We present a numerical technique to design photonic nanostructures with optical properties optimized along several arbitrary objectives. This combination of evolutionary multi-objective algorithms with frequency-domain electro-dynamical simulations is used to design silicon nanostructures resonant at user-defined, polarization-dependent wavelengths. The spectra of pixels fabricated by electron beam lithography following the optimized design show excellent agreement with the targeted objectives. The method is self-adaptive to arbitrary constraints, and therefore particularly interesting for the design of complex structures within technological limits., 10 pages, 6 figures + 10 pages of supporting informations including 17 additional figures

Published
2016
Full Text
View/download PDF

17. Enhanced nonlinear optical properties from individual silicon nanowires

Author

Arnaud Arbouet, Aurélie Lecestre, Guilhem Larrieu, Christian Girard, And Vincent Paillard, Peter R. Wiecha, Thierry Baron, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire des technologies de la microélectronique (LTM ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)

Subjects
Silicon, Materials science, Nonlinear photonics, Nonlinear optics, Nanowire, Physics::Optics, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Bulk-like, 01 natural sciences, Harmonic analysis, Condensed Matter::Materials Science, Nonlinear optical, Silicon nanowires, Non-linear optical properties, 0103 physical sciences, 010306 general physics, [PHYS]Physics [physics], Mie resonance, Optical properties, Harmonic generation, business.industry, Nanowires, Nonlinear susceptibilities, Size dependent behaviors, Second-harmonic generation, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polarization (waves), Nonlinear system, Second harmonics, Optoelectronics, Surface second harmonic generation, 7835+c, Photonics, 0210 nano-technology, business
Abstract

cited By 0; Conference of 11th IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference, NMDC 2016 ; Conference Date: 9 October 2016 Through 12 October 2016; Conference Code:125383; International audience; We study second harmonic generation (SHG) from individual silicon nanowires. We show that second harmonic intensity is strongly dependent on the Mie resonances supported by the nanowire. The second harmonic polarization also has a size-dependent behavior, which is linked to different surface and bulk-like nonlinear susceptibility contributions. Silicon nanowires provide an interesting tool for nonlinear photonics applications.

Published
2016
Full Text
View/download PDF

18. Tuning the linear and non-linear optical response of orthogonal dimmer antennas for metasurfaces

Author

C.H. de Groot, Arnaud Arbouet, Yudong Wang, Christian Girard, Vincent Paillard, Otto L. Muskens, Peter R. Wiecha, Leo-Jay Black, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), University of Southampton, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Macroscopic and microscopic, Nonlinear optics, Materials science, Numerical models, Polarization state, 02 engineering and technology, Non-linear optical, 01 natural sciences, Harmonic analysis, Surface contribution, Optics, Conductive coupling, 0103 physical sciences, Nanotechnology, High harmonic generation, 010306 general physics, [PHYS]Physics [physics], Harmonic generation, business.industry, Nonlinear-optical response, Second-harmonic generation, Non-linear response, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polarization (waves), Computational physics, Nonlinear system, Second harmonics, Harmonic, Antennas, Direct coupling, Antenna (radio), 0210 nano-technology, business
Abstract

cited By 0; Conference of 11th IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference, NMDC 2016 ; Conference Date: 9 October 2016 Through 12 October 2016; Conference Code:125383; International audience; We investigate second harmonic generation from orthogonal plasmonic gold dimer antennas over the transition from capacitive to conductive coupling. By tuning both the gap and antenna length, the bonding and anti-bonding resonances are separately addressed. Results are compared to microscopic numerical simulations of the nonlinear response from the surface. A good agreement with experimental results for both, the intensity and the farfield polarization state of second harmonic light is achieved, confirming a χ(2) ⊥⊥⊥-induced nonlinear response in agreement with literature. Extensive numerical simulations for the other possible surface-contributions to second harmonic generation ultimately confirm this observation. Our results demonstrate furthermore the strong impact of nanoscopic defects on the nonlinear optical emission under certain circumstances. On the other hand, we show that they can have a barely detectable influence just as well, depending on the interplay between symmetry at macroscopic and microscopic levels.

Published
2016
Full Text
View/download PDF

19. Origin of second-harmonic generation from individual silicon nanowires

Author

Peter R. Wiecha, Vincent Paillard, Arnaud Arbouet, Christian Girard, Thierry Baron, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), Laboratoire des technologies de la microélectronique (LTM ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des technologies de la microélectronique (LTM), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA) - Grenoble-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)

Subjects
Nanowire, FOS: Physical sciences, Physics::Optics, Near and far field, 02 engineering and technology, Dielectric, 01 natural sciences, 010309 optics, Condensed Matter::Materials Science, Optics, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, Perpendicular, [PHYS.COND.CM-MSQHE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect [cond-mat.mes-hall], Physics, PACS: 78.67.Uh, 42.65.Ky, 42.70.Nq, 78.35.+c, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Condensed matter physics, business.industry, Second-harmonic generation, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polarization (waves), 3. Good health, Nonlinear system, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Surface second harmonic generation, 0210 nano-technology, business
Abstract

We investigate Second Harmonic Generation from individual silicon nanowires and study the influence of resonant optical modes on the far-field nonlinear emission. We find that the polarization of the Second Harmonic has a size-dependent behavior and explain this phenomenon by a combination of different surface and bulk nonlinear susceptibility contributions. We show that the Second Harmonic Generation has an entirely different origin, depending on whether the incident illumination is polarized parallel or perpendicularly to the nanowire axis. The results open perspectives for further geometry-based studies on the origin of Second Harmonic Generation in nanostructures of high-index centrosymmetric semiconductors., 7 Pages, 4 Figures + 3 Pages, 6 Figures in Appendix

Published
2016
Full Text
View/download PDF

20. Ultrafast laser optical pinball

Author

Benoit Chalopin, Arnaud Arbouet, Femto (LCAR), Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (LCAR), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)

Subjects
Condensed Matter::Quantum Gases, Free electron model, Physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, Generalization, Physics::Optics, General Physics and Astronomy, Laser, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, law.invention, Physics::Popular Physics, Optics, law, 0103 physical sciences, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, business, Ultrashort pulse
Abstract

A generalization of the Kapitza–Dirac effect enables new ways of controlling free electrons with ultrashort light pulses.

Published
2018
Full Text
View/download PDF

21. Near-field coupling of a point-like dipolar source with a thin metallic film: Implication for STM plasmon excitations

Author

Renaud Marty, G. Colas des Francs, Christian Girard, Arnaud Arbouet, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB)

Subjects
Materials science, Physics::Optics, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, Electron, 01 natural sciences, Metal, symbols.namesake, Optics, 0103 physical sciences, Point (geometry), [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Physical and Theoretical Chemistry, 010306 general physics, Plasmon, Condensed matter physics, business.industry, Surface plasmon, 021001 nanoscience & nanotechnology, Dipole, Fourier transform, visual_art, visual_art.visual_art_medium, symbols, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, business, Excitation
Abstract

International audience; Recent experiments have shown that it is possible to excite surface plasmons on metallic films by injecting tunnel electrons from a sharp metal tip located in the immediate proximity of the sample. When working close to a bare metal film, the excitation of surface plasmons gives rise to typical circular patterns that can be recorded in both image and Fourier planes. Important physical parameters of surface plasmon propagation such as their propagation length can be extracted from these images. In this Letter, we discuss theoretically the physics of the plasmonic excitations induced by a STM tip.

Published
2012
Full Text
View/download PDF

22. Enhancement of electric and magnetic dipole transition of rare-earth-doped thin films tailored by high-index dielectric nanostructures

Author

Aurélien Cuche, Guilhem Larrieu, Olivier Boisron, Vincent Paillard, Christian Girard, Clément Majorel, Arnaud Arbouet, Bruno Masenelli, Peter R. Wiecha, Aurélie Lecestre, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux (INL - S&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique ( CEMES-NeO ), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] ( ILM ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique ( LAAS-TEAM ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique ( LAAS-MPN ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
Photoluminescence, Silicon, Magnetic dipole transition, FOS: Physical sciences, Physics::Optics, chemistry.chemical_element, Dielectric, 01 natural sciences, 010309 optics, Condensed Matter::Materials Science, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, Electrical and Electronic Engineering, Thin film, Engineering (miscellaneous), Physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, Doping, [PHYS.PHYS.PHYS-GEN-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/General Physics [physics.gen-ph], Atomic and Molecular Physics, and Optics, chemistry, Optoelectronics, Nanorod, business, Magnetic dipole
Abstract

We propose a simple experimental technique to separately map the emission from electric and magnetic dipole transitions close to single dielectric nanostructures, using a few nanometer thin film of rare-earth ion doped clusters. Rare-earth ions provide electric and magnetic dipole transitions of similar magnitude. By recording the photoluminescence from the deposited layer excited by a focused laser beam, we are able to simultaneously map the electric and magnetic emission enhancement on individual nanostructures. In spite of being a diffraction-limited far-field method with a spatial resolution of a few hundred nanometers, our approach appeals by its simplicity and high signal-to-noise ratio. We demonstrate our technique at the example of single silicon nanorods and dimers, in which we find a significant separation of electric and magnetic near-field contributions. Our method paves the way towards the efficient and rapid characterization of the electric and magnetic optical response of complex photonic nanostructures., 10 pages and 7 figures

Published
2019
Full Text
View/download PDF

23. High brightness ultrafast transmission electron microscope based on a laser-driven cold-field emission source: principle and applications

Author

Mathieu Kociak, Florent Houdellier, Giuseppe Mario Caruso, Arnaud Arbouet, Sébastien J. Weber, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Laboratoire de Physique des Solides (LPS), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Physics - Instrumentation and Detectors, Materials science, [PHYS.PHYS.PHYS-ACC-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Accelerator Physics [physics.acc-ph], FOS: Physical sciences, Physics::Optics, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, Electron, 01 natural sciences, Electron holography, law.invention, Optics, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], law, Ultrafast transmission electron microscopy, 0103 physical sciences, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], 010306 general physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [PHYS.PHYS]Physics [physics]/Physics [physics], ultrafast electron holography, business.industry, Ultrafast electron diffraction, Instrumentation and Detectors (physics.ins-det), 021001 nanoscience & nanotechnology, Laser, lcsh:QC1-999, [PHYS.PHYS.PHYS-GEN-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/General Physics [physics.gen-ph], [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, Field electron emission, Transmission electron microscopy, cold-field emission, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Electron microscope, ultrafast electron diffraction, 0210 nano-technology, business, Ultrashort pulse, lcsh:Physics, Physics - Optics, Optics (physics.optics)
Abstract

International audience; We report on the development of an ultrafast Transmission Electron Microscope based on a laser-driven cold-field emission source. We first describe the instrument before reporting on numerical simulations of the laser-driven electron emission. These simulations predict the temporal and spectral properties of the femtosecond electron pulses generated in our ultrafast electron source. We then discuss the effects that contribute to the spatial, temporal and spectral broadening of these electron pulses during their propagation from the electron source to the sample and finally to the detectors of the electron microscope. The spectro-temporal properties are then characterized in an electron/photon cross-correlation experiment based on the detection of electron energy gains. We finally illustrate the potential of this instrument for ultrafast electron holography and ultrafast electron diffraction.

Published
2019
Full Text
View/download PDF

24. KFM detection of charges injected by AFM into a thin SiO2 layer containing Si nanocrystals

Author

Laurence Ressier, Gérard Benassayag, Jérémie Grisolia, Pascal Normand, S. Schamm, Arnaud Arbouet, C. Dumas, Vincent Paillard, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), National Center for Scientific Research 'Demokritos' (NCSR), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Materials science, Analytical chemistry, 02 engineering and technology, Electron, 01 natural sciences, Condensed Matter::Materials Science, 0103 physical sciences, Microscopy, Thermal, Electrical and Electronic Engineering, [PHYS]Physics [physics], 010302 applied physics, Kelvin probe force microscope, business.industry, Conductive atomic force microscopy, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Ion implantation, Nanocrystal, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Layer (electronics)
Abstract

International audience; Charge retention of Si nanocrystals elaborated by ultra-low energy ion implantation and thermal annealings into a thin SiO2 layer is characterized by atomic force microscopy (AFM) and Kelvin force microscopy (KFM). Electrons and holes are injected under ambient conditions by applying different bias to a conductive AFM tip in contact with the grounded sample. A surface potential mapping of the sample by KFM is continuously carried out after charge injection. The temporal decay of injected charges and their corresponding lateral spreading are quantified. The results show that the presence of Si nanocrystals leads to a strong charge confinement.

Published
2008
Full Text
View/download PDF

25. Evolutionary multi-objective optimization for multi-resonant photonic nanostructures

Author

Guilhem Larrieu, Peter R. Wiecha, Christian Girard, Arnaud Arbouet, Vincent Paillard, Aurélie Lecestre, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)

Subjects
Inverse problems, Optimization, Materials science, Evolutionary multiobjective optimization, Refractive index, Physics::Optics, High refractive index, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Multi-objective optimization, Optics, 0103 physical sciences, Technological limitations, Nanotechnology, Objective functions, 010306 general physics, Dynamical simulation, Multiobjective optimization, [PHYS]Physics [physics], Optical properties, business.industry, High-refractive-index polymer, Reference design, Inverse problem, Optical behavior, 021001 nanoscience & nanotechnology, Nanostructures, Reference designs, Optoelectronics, Electron beam lithography, Nanoparticles, Photonics, 0210 nano-technology, business, Electron-beam lithography, Photonic nanostructures
Abstract

cited By 0; Conference of 11th IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference, NMDC 2016 ; Conference Date: 9 October 2016 Through 12 October 2016; Conference Code:125383; International audience; The tailoring of optical properties of photonic nanostructures is usually based on a reference design. The target optical behavior is obtained by variations of an initial geometry. This approach however can be of limited versatility, in particular if complex optical properties are desired. In order to design double-resonant photonic nano-particles, we attack the problem in the inverse way: We mathematically define an optical response and optimize multiple of such objective functions concurrently, using an evolutionary multi-objective optimization algorithm coupled to full-field electro-dynamical simulations. We demonstrate that this approach is extremely versatile, that it allows the consideration of technological limitations and that it yields a correct prediction of the optical response of nano-structures fabricated by state-of-the-art electron beam lithography. We demonstrate the technique on multi-resonant photonic nanoparticles made from silicon, which belong to the emerging class of high refractive index dielectric nanostructures with applications such as field-enhanced spectroscopies.

Published
2016
Full Text
View/download PDF

26. Tailoring Second-Harmonic Generation in Single L-Shaped Plasmonic Nanoantennas from the Capacitive to Conductive Coupling Regime

Author

Leo-Jay Black, Peter R. Wiecha, C.H. de Groot, Yudong Wang, Christian Girard, Otto L. Muskens, Arnaud Arbouet, Vincent Paillard, University of Southampton, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)

Subjects
Capacitive coupling, [PHYS]Physics [physics], Materials science, polarization conversion, business.industry, Capacitive sensing, Second-harmonic generation, Physics::Optics, Polarization (waves), SHG, Atomic and Molecular Physics, and Optics, plasmonics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Dipole, metasurface, nanoantennas, Optoelectronics, Direct coupling, Electrical and Electronic Engineering, business, Nanoscopic scale, Plasmon, Biotechnology, second-harmonic generation
Abstract

International audience; We investigate the efficiency of second-harmonic generation (SHG) over the transition from capacitive to conductive coupling in orthogonal L-shaped dimer gold antennas. By tuning both the gap and antenna length, the bonding and antibonding resonances are individually addressed. Results on the intensity and polarization of SHG are compared quantitatively with microscopic numerical simulations taking into account the nanoscale nonlinear surface dipole distribution, elucidating the interplay between symmetry at macroscopic and microscopic levels and optical resonance effects. Microscopic modeling reveals strong cancellations of nonlinear dipoles by capacitive coupling in plasmonic nanogaps, resulting in only small changes in SHG efficiency despite large local field enhancement in the gap. Experimentally, irreproducible polarization properties are obtained in a range of parameters associated with strong optical near fields in the gap of the antennas, which is interpreted as a consequence of nanoscopic asymmetries inherited from the fabrication process. Our results demonstrate that nanoscopic defects can either strongly impact the nonlinear optical emission or have a barely detectable influence depending on the excited optical resonance and associated optical near-field distribution. These results provide useful design rules to optimize the design of nonlinear plasmonic nanostructures.

Published
2015
Full Text
View/download PDF

28. New plasmonic materials and fabrication tools for near- and mid-infrared sensing and spectroscopy

Author

Martina Abb, C.H. de Groot, Yudong Wang, Arnaud Arbouet, Leo-Jay Black, Stuart A. Boden, Otto L. Muskens, University of Southampton, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Fountain A.W., Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Plasmons, Fabrication, Nanostructure, Materials science, Near field interactions, Physics::Optics, Nanotechnology, Near and far field, Dielectric, Helium, Metal nanostructure, Metallic nanostructure, Spectroscopy, Plasmon, Helium ion microscopies, Ions, [PHYS]Physics [physics], Quantum optics, business.industry, Nanometer-scale gaps, Polarization (waves), Nanostructures, Nanolithography, Metals, Ion beams, Sensing, Optoelectronics, Explosives, Plasmonics, Antennas, Metal oxides, business
Abstract

cited By 0; Conference of 16th Meeting of the Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, and Explosives (CBRNE) Sensing Conference ; Conference Date: 21 April 2015 Through 23 April 2015; Conference Code:112761; International audience; With progress in nanofabrication, new strategies have become available that allow precise control of nanoscale optical fields using metallic nanostructures. Here we review recent progress in the control of optical resonances in metal nanostructures for applications in sensing and spectroscopy. We discuss the use of new techniques, such as helium-ion beam milling, which allow precise sculpting of nanometer-scale gaps; new materials such as metal oxides, which have a response somewhere inbetween that of conventional dielectrics and noble metals; and new designs such as L-shaped gap antennas which allow controlling the polarization state of light through near-field interactions between closely spaced antennas.

Published
2015
Full Text
View/download PDF

29. Enhanced nonlinear optical response from individual silicon nanowires

Author

P. Periwal, Peter R. Wiecha, Vincent Paillard, Arnaud Arbouet, Thierry Baron, Houssem Kallel, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire des technologies de la microélectronique (LTM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Electromagnetic field, Materials science, Silicon, Nanowire, FOS: Physical sciences, chemistry.chemical_element, Physics::Optics, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Nonlinear optical, Condensed Matter::Materials Science, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, 010306 general physics, [PHYS]Physics [physics], Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Polarization (waves), Electronic, Optical and Magnetic Materials, Nonlinear system, chemistry, Optoelectronics, Photonics, 0210 nano-technology, business, Excitation
Abstract

We report about the experimental observation and characterization of nonlinear optical properties of individual silicon nanowires of different dimensions. Our results show that the nonlinear light has different components, one of them corresponding to the second harmonic generation (SHG). The SHG strongly depends on the polarization of the optical excitation and nanowire diameter, and gives access to the local electromagnetic field intensity distribution. Furthermore, we show that the second harmonic, when observed, is enhanced compared to bulk silicon and is sensitive to optical resonances supported by the nanowires. This offers different perspectives on the definition of silicon-based nonlinear photonic devices., Comment: 5 pages, 5 figures + 3 pages supplemental material including 3 additional figures

Published
2015
Full Text
View/download PDF

30. Plasmonic Hot Printing in Gold Nanoprisms

Author

Erik Dujardin, Sviatlana Viarbitskaya, Christian Girard, Jadab Sharma, Arnaud Arbouet, Alexandre Teulle, Aurélien Cuche, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Groupe NanoSciences (CEMES-GNS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)

Subjects
thermoplasmonics, Materials science, melting, surface plasmon, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, law.invention, Metal, LDOS, Optics, law, colloids, 0103 physical sciences, Irradiation, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, Plasmon, Local density of states, business.industry, Surface plasmon, 021001 nanoscience & nanotechnology, Laser, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, visual_art, Femtosecond, visual_art.visual_art_medium, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Excitation, Biotechnology
Abstract

cited By 18; International audience; The raster-scanned irradiation of ultrathin sub-micrometer crystalline gold colloidal prisms with the tightly focused spot of a femtosecond, near-infrared laser triggers the deterministic deformation and partial melting of nanometer-sized areas of the nanoprisms. The morphological modification of the Au nanoprisms evidences extremely localized sources of heat, the in-plane distribution of which varies with the particle shape and laser polarization. We demonstrate for the first time the direct relationship between heat source density and surface plasmon local density of states (SP-LDOS), which describes quantitatively the rich modal structure of the surface plasmons sustained by the 2D metallic platelets, independently of the knowledge of the illumination configuration. Green’s Dyadic numerical simulations confirm that the optical excitation of the 2D SP modes results in the subwavelength hot imprinting of the SP modal pattern onto the metal surface.

Published
2015
Full Text
View/download PDF

31. Modal engineering of Surface Plasmons in apertured Au Nanoprisms

Author

Sviatlana Viarbitskaya, Aurélien Cuche, Jadab Sharma, Arnaud Arbouet, Erik Dujardin, Christian Girard, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Université de Bourgogne (UB), Groupe NanoSciences (CEMES-GNS), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[PHYS]Physics [physics], Multidisciplinary, Materials science, Local density of states, business.industry, Linear polarization, Surface plasmon, Physics::Optics, Optical field, Focused ion beam, Article, Femtosecond, Optoelectronics, business, Plasmon, Localized surface plasmon
Abstract

Crystalline gold nanoprisms of sub-micrometric size sustain high order plasmon modes in the visible and near infrared range that open a new realm for plasmon modal design, integrated coplanar devices and logic gates. In this article, we explore the tailoring of the surface plasmon local density of states (SP-LDOS) by embedding a single defect, namely a small hole, carved in the platelet by focused ion beam (FIB). The change in the SP-LDOS of the hybrid structure is monitored by two-photon luminescence (TPL) microscopy. The dependency of the two-dimensional optical field intensity maps on the linear polarization of the tightly focused femtosecond laser beam reveals the conditions for which the hole defect significantly affects the initial modes. A detailed numerical analysis of the spectral characteristics of the SP-LDOS based on the Green dyadic method clearly indicates that the hole size and location can be exploited to tune or remove selected SP modes.

Published
2015
Full Text
View/download PDF

32. Development of an ultrafast electron source based on a cold-field emission gun for ultrafast coherent TEM

Author

Arnaud Arbouet, Florent Houdellier, Giuseppe Mario Caruso, Pierre Abeilhou, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)

Subjects
Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Physics::Optics, 02 engineering and technology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, law.invention, Optics, law, 0103 physical sciences, Scanning transmission electron microscopy, Physics::Atomic and Molecular Clusters, Energy filtered transmission electron microscopy, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, Field emission gun, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Laser, Field electron emission, Transmission electron microscopy, Femtosecond, microscopy, 0210 nano-technology, business, Ultrashort pulse
Abstract

WOS:000405661700041; International audience; We report on the design of a femtosecond laser-driven electron source for ultrafast coherent transmission electron microscopy. The proposed architecture allows introducing an ultrafast laser beam inside the cold field emission source of a commercial TEM, aligning and focusing the laser spot on the apex of the nanoemitter. The modifications of the gun assembly do not deteriorate the performances of the electron source in conventional DC mode and allow easy switching between the conventional and ultrafast laser-driven emission modes. We describe here this ultrafast electron source and discuss its properties. Published by AIP Publishing.

Published
2017
Full Text
View/download PDF

33. Plasmonic Pumping of Excitonic Photoluminescence in Hybrid MoS2-Au Nanostructures

Author

Adnen Mlayah, Jean Leotin, Sina Najmaei, Jun Lou, Arnaud Arbouet, Christian Girard, Rice University [Houston], Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire national des champs magnétiques intenses - Toulouse (LNCMI-T), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])

Subjects
Materials science, Photoluminescence, General Physics and Astronomy, Physics::Optics, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Condensed Matter::Materials Science, Monolayer, General Materials Science, Photoluminescence excitation, Absorption (electromagnetic radiation), Spectroscopy, Plasmon, Condensed Matter::Other, business.industry, Surface plasmon, General Engineering, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, 0104 chemical sciences, [PHYS.COND.CM-S]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Superconductivity [cond-mat.supr-con], Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Luminescence
Abstract

International audience; We report on the fabrication of monolayer MoS2-coated gold nanoantennas combining chemical vapor deposition, e-beam lithography surface patterning, and a soft lift-off/transfer technique. The optical properties of these hybrid plasmonic–excitonic nanostructures are investigated using spatially resolved photoluminescence spectroscopy. Off- and in-resonance plasmonic pumping of the MoS2 excitonic luminescence showed distinct behaviors. For plasmonically mediated pumping, we found a significant enhancement (∼65%) of the photoluminescence intensity, clear evidence that the optical properties of the MoS2 monolayer are strongly influenced by the nanoantenna surface plasmons. In addition, a systematic photoluminescence broadening and red-shift in nanoantenna locations is observed which is interpreted in terms of plasmonic enhanced optical absorption and subsequent heating of the MoS2 monolayers. Using a temperature calibration procedure based on photoluminescence spectral characteristics, we were able to estimate the local temperature changes. We found that the plasmonically induced MoS2 temperature increase is nearly four times larger than in the MoS2 reference temperatures. This study shines light on the plasmonic–excitonic interaction in these hybrid metal/semiconductor nanostructures and provides a unique approach for the engineering of optoelectronic devices based on the light-to-current conversion.

Published
2014
Full Text
View/download PDF

34. Optimal polarization conversion in coupled dimer plasmonic nanoantennas for metasurfaces

Author

Otto L. Muskens, Arnaud Arbouet, C.H. de Groot, Yudong Wang, Leo-Jay Black, University of Southampton, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Plasmons, Materials science, Capacitive sensing, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 010309 optics, Polarization, 0103 physical sciences, Polarization conversion, Phase-discontinuities, General Materials Science, Plasmon, Circular polarization, [PHYS]Physics [physics], business.industry, Linear polarization, Nanoantennas, General Engineering, Metamaterial, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polarization (waves), Green's dyadic method, Metasurfaces, Metamaterials, Optoelectronics, Degree of polarization, Direct coupling, Antennas, 0210 nano-technology, business
Abstract

cited By 48; International audience; We demonstrate that polarization conversion in coupled dimer antennas, used in phase discontinuity metasurfaces, can be tuned by careful design. By controlling the gap width, a strong variation of the coupling strength and polarization conversion is found between capacitively and conductively coupled antennas. A theoretical two-oscillator model is proposed, which shows a universal scaling of the degree of polarization conversion with the energy splitting of the symmetric and antisymmetric modes supported by the antennas. Using single antenna spectroscopy, we find good agreement for the scaling of mode splitting and polarization conversion with gap width over the range from capacitive to conductive coupling. Next to linear polarization conversion, we demonstrate single-antenna linear to circular polarization conversion. Our results provide strategies for phase-discontinuity metasurfaces and ultracompact polarization optics.

Published
2014
Full Text
View/download PDF

35. Photoluminescence enhancement of a silicon nanocrystal plane positioned in the nearfield of a silicon nanowire

Author

Houssem Kallel, P. Periwal, M. Carrada, Pascal Normand, Gérard Assayag, Arnaud Arbouet, Yu Zhao, A. Chehaidar, Peter R. Wiecha, Vincent Paillard, Thierry Baron, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire des technologies de la microélectronique (LTM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), National Center for Scientific Research 'Demokritos' (NCSR), Université de Sfax - University of Sfax, Mascher P., Lockwood D.J., Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire des technologies de la microélectronique ( LTM ), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), National Center for Scientific Research 'Demokritos' ( NCSR ), Université de Sfax, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Silicon, Materials science, Photoluminescence, Electric fields, Luminescence, Nonlinear optics, Light, Nanowire, Physics::Optics, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, Near and far field, 7. Clean energy, Light emission, Condensed Matter::Materials Science, 0502 economics and business, Local electric field, Photoluminescence enhancement, Electric-field intensity distribution, 050207 economics, Laser polarization, Plasmon, [PHYS]Physics [physics], [ PHYS ] Physics [physics], business.industry, Nanowires, 05 social sciences, Metamaterial antennas, Electromagnetic fields, Silica, Semiconductor nanowire, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, Electromagnetic field enhancement, Nanocrystals, Optical waveguides, Semiconductor, chemistry, Nanocrystal, Light emitting devices, Silicon nanocrystals, Optoelectronics, Electromagnetic field effects, business
Abstract

Semiconductor nanowires (NW) are good candidates for new optoelectronic or photovoltaic devices due to their exceptional ability to guide, scatter or absorb light, from near-ultraviolet to near-infrared. The occurrence of morphology-dependent optical resonances in nanowires opens a route to overcome the intrinsic limitations of some materials (for instance the limited absorption of silicon in the visible spectrum due its indirect band gap) and optimize their interaction with light. Most optical applications of nanowires were recently focused on photovoltaic devices, because of their enhanced light absorption efficiency, which is also tunable either by the NW diameter, structure or chemical composition. It could be interesting to use the near-field enhancement around the NW induced by the excited resonances, in order to increase the emission of quantum dots or molecules placed in the NW vicinity. Semiconductor NWs could thus be used as optical antennas instead of plasmonic nanostructures, despite a much weaker enhancement, but with the advantages of field enhancement in larger volumes and using a fully compatible CMOS technology. We investigate the influence of Si -NWs on the photoluminescence of a single plane of Si nanocrystals embedded in a silica matrix. The presence of an individual Si-NW on top of the silica layer, at about 3 nm above the Si-NCs plane, leads to a strong photoluminescence enhancement, by up to a factor of three, depending on the excitation light wavelength and polarization, and the nanowire diameter. This opens a route for improving light emitting devices using Si-based nanowires.

Published
2014
Full Text
View/download PDF

36. Surface Plasmon Damping Quantified with an Electron Nanoprobe

Author

Renaud Marty, Michel Bosman, Joel K. W. Yang, Ming-Yong Han, Christian A. Nijhuis, Arnaud Arbouet, Christian Girard, Shu Fen Tan, Enyi Ye, Adnen Mlayah, Institute of Materials Research and Engineering (IMRE), Agency for science, technology and research [Singapore] (A*STAR), National University of Singapore (NUS), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe NanoSciences (CEMES-GNS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)

Subjects
Materials science, Nanostructure, Dephasing, Physics::Optics, Nanoprobe, 02 engineering and technology, Electron, Bioinformatics, 01 natural sciences, Characterization and analytical techniques, Article, 0103 physical sciences, 010306 general physics, Spectroscopy, Plasmon, Nanophotonics and plasmonics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Multidisciplinary, business.industry, Surface plasmon, 021001 nanoscience & nanotechnology, Optoelectronics, Particle, 0210 nano-technology, business, Transmission electron microscopy, Sub-wavelength optics
Abstract

International audience; Fabrication and synthesis of plasmonic structures is rapidly moving towards sub-nanometer accuracy incontrol over shape and inter-particle distance. This holds the promise for developing device componentsbased on novel, non-classical electro-optical effects. Monochromated electron energy-loss spectroscopy(EELS) has in recent years demonstrated its value as a qualitative experimental technique in nano-optics andplasmonic due to its unprecedented spatial resolution. Here, we demonstrate that EELS can also be usedquantitatively, to probe surface plasmon kinetics and damping in single nanostructures. Using thisapproach, we present from a large (.50) series of individual gold nanoparticles the plasmon Quality factorsand the plasmon Dephasing times, as a function of energy/frequency. It is shown that the measured generaltrend applies to regular particle shapes (rods, spheres) as well as irregular shapes (dendritic, branchedmorphologies). The combination of direct sub-nanometer imaging with EELS-based plasmon dampinganalysis launches quantitative nanoplasmonics research into the sub-nanometer realm.

Published
2013
Full Text
View/download PDF

37. Photoluminescence enhancement of silicon nanocrystals placed in the near field of a silicon nanowire

Author

P. Periwal, Thierry Baron, Houssem Kallel, Gérard Assayag, Arnaud Arbouet, Vincent Paillard, Marzia Carrada, A. Chehaidar, and Pascal Normand

Subjects
Photoluminescence, Materials science, Silicon, business.industry, Hybrid silicon laser, Nanowire, Physics::Optics, chemistry.chemical_element, Near and far field, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, Condensed Matter Physics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Condensed Matter::Materials Science, Semiconductor, chemistry, Electric field, Optoelectronics, business, Luminescence
Abstract

Semiconductor nanowires have an excellent ability to trap, guide, scatter, or absorb light for specific morphology-dependent resonant optical modes. The electromagnetic field enhancement associated with these modes could be used to modify the luminescence of emitters positioned in the vicinity of the nanowire, in a way similar to plasmonic nanostructures. We show that the photoluminescence of a single plane of silicon nanocrystals in silica, positioned at about 3 nm below the surface, can be enhanced by a factor of 2 to 3 in the presence of a silicon nanowire antenna on the silica surface. This could be the basis of a promising fully complementary metal oxide semiconductor compatible process to improve silicon-based light emitting devices, despite a lower enhancement compared to plasmonic nanostructures. Two-dimensional photoluminescence maps recorded for different polarization configurations (incident electric field parallel or perpendicular to the nanowire axis) exhibit different behaviors and can be related to the electric field intensity distribution in the near-field region of the nanowire, where the active silicon nanocrystal layer is located.

Published
2013
Full Text
View/download PDF

38. Plasphonics : local hybridization of plasmons and phonons

Author

Renaud Marty, Adnen Mlayah, Christian Girard, Arnaud Arbouet, Sukant K. Tripathy, Loire Cher Indre Rivers Flood Forecasting Centre, parent, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Groupe NanoSciences (CEMES-GNS), Institute of Materials Research and Engineering, A*STAR (Agency for Science, Technology and Research), 3 Research Link, Singapore 117602, Singapore., Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)

Subjects
Photon, Light, Phonon, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Optics, 0103 physical sciences, Scattering, Radiation, Computer Simulation, Surface plasmon resonance, 010306 general physics, Plasmon, Physics, Photons, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Condensed matter physics, business.industry, Surface plasmon, Fano resonance, Surface phonon, Models, Theoretical, Surface Plasmon Resonance, 021001 nanoscience & nanotechnology, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Refractometry, 0210 nano-technology, business, Localized surface plasmon
Abstract

International audience; We show that the interaction between localized surface plasmons sustained by a metallic nano-antenna and delocalized phonons lying at the surface of an heteropolar semiconductor can generate a new class of hybrid electromagnetic modes. These plasphonic modes are investigated using an analytical model completed by accurate Green dyadic numerical simulations. When surface plasmon and surface phonon frequencies match, the optical resonances exhibit a large Rabi splitting typical of strongly interacting two-level systems. Based on numerical simulations of the electric near-field maps, we investigate the nature of the plaphonic excitations. In particular, we point out a strong local field enhancement boosted by the phononic surface. This effect is interpreted in terms of light harvesting by the plasmonic antenna from the phononic surface. We thus introduce the concept of active phononic surfaces that may be exploited for far-infared optoelectronic devices and sensors.

Published
2013
Full Text
View/download PDF

39. Visibility of plasmonic particles embedded in transparent materials

Author

Alexandre Teulle, Christian Girard, Arnaud Arbouet, Renaud Marty, Erik Dujardin, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Groupe NanoSciences (CEMES-GNS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)

Subjects
Materials science, business.industry, Scattering, Visibility (geometry), Nanophotonics, Physics::Optics, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Wavelength, Optics, Polarizability, 0103 physical sciences, Optoelectronics, Particle, [CHIM]Chemical Sciences, Electrical and Electronic Engineering, Physical and Theoretical Chemistry, 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Plasmon, Sign (mathematics)
Abstract

cited By 3; International audience; Recently, several experiments have shown that it is possible to visualize the optical near-field generated around individual plasmonic particles through the photo-induced structuration of polymer films. In this communication, we show that the particle visibility can be controlled at will down to the quasi-invisibility by tuning the incident wavelength around the plasmon frequency. This phenomenon occurs when the real part of the particle polarizability displays a sign change. This simple spectrally controlled visibility is an alternative to the more classical spatially controlled visibility approach.

Published
2013
Full Text
View/download PDF

40. From patterned optical near-fields to high symmetry acoustic vibrations in gold crystalline platelets

Author

Arnaud Arbouet, J. Fedou, Renaud Marty, Jadab Sharma, Sviatlana Viarbitskaya, Vincent Paillard, Erik Dujardin, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Groupe NanoSciences (CEMES-GNS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)

Subjects
Materials science, Photoluminescence, business.industry, Relaxation (NMR), General Physics and Astronomy, Physics::Optics, 02 engineering and technology, engineering.material, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Molecular physics, Symmetry (physics), Vibration, Optics, 0103 physical sciences, engineering, [CHIM]Chemical Sciences, Noble metal, Physical and Theoretical Chemistry, 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Spectroscopy, Excitation, Thermal energy
Abstract

cited By 11; International audience; Noble metal particles allow enhanced interaction with light and efficient light to heat conversion. In the present paper, we report on non-linear optical spectroscopy of individual gold crystalline platelets and address two of the energy relaxation steps following optical excitation of the metallic nano-objects. In particular, at short timescales we show that optical excitation yields intense two-photon photoluminescence at particular locations of the gold platelets. Our experimental results are interpreted with numerical simulations based on the Green Dyadic Method. Subsequent conversion from optical to thermal energy triggers acoustic vibrations that modulate the optical response of the nano-object on a 10 ps–100 ps timescale. We address the different contributions to the damping of the associated mechanical oscillations focusing on the high frequency thickness vibrations (100 GHz) of these nanometer-thin metallic structures.

Published
2012
Full Text
View/download PDF

41. Tunable enhancement of light absorption and scattering in Si1−xGexnanowires

Author

Houssem Kallel, Arnaud Arbouet, A. Potié, A. Chehaidar, Thierry Baron, Gérard Benassayag, Vincent Paillard, and Bassem Salem

Subjects
Materials science, Scattering, business.industry, Infrared, Nanowire, Physics::Optics, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Dark field microscopy, Light scattering, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Condensed Matter::Materials Science, symbols.namesake, X-ray Raman scattering, 0103 physical sciences, symbols, Optoelectronics, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Absorption (electromagnetic radiation), business, Raman spectroscopy
Abstract

Semiconducting nanowires (NWs) are good candidates for new optoelectronic or photovoltaic devices due to their excellent ability to guide, scatter, or absorb light, from near ultraviolet to near infrared. The existence of morphology-dependent optical resonances opens a promising route to overcome the intrinsic limitations of the constituent material and optimize their interaction with light. We propose a thorough investigation of the optical properties of Si${}_{1\ensuremath{-}x}$Ge${}_{x}$ alloy nanowires addressing the influence of NW diameter, composition, light polarization, and angle of incidence on their scattering and absorption. Our results clearly show that the Ge composition provides an additional degree of freedom to tailor the optical response of these one-dimensional nano-objects and that resonant enhancement of both absorption and scattering can be obtained in the infrared range at relatively small diameters compared to pure Si nanowires. These results are confirmed by complementary light scattering and Raman spectroscopy experiments using confocal dark field optical microscopy on individual nanowires fabricated by Au-catalyzed vapor-liquid-solid synthesis.

Published
2012
Full Text
View/download PDF

42. Plasmonic nanoparticle networks for light and heat concentration

Author

Christian Girard, Renaud Marty, Arnaud Arbouet, Romain Quidant, Erik Dujardin, Audrey Sanchot, and Guillaume Baffou

Subjects
Models, Molecular, Materials science, Hot Temperature, Light, Nanowire, Molecular Conformation, General Physics and Astronomy, Physics::Optics, FOS: Physical sciences, Metal Nanoparticles, 02 engineering and technology, Optical field, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Optics, Planar, General Materials Science, Anisotropy, Plasmon, business.industry, Linear polarization, General Engineering, Models, Theoretical, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Optoelectronics, Nanoparticles, Gold, 0210 nano-technology, business, Luminescence, Excitation, Physics - Optics, Optics (physics.optics)
Abstract

Self-assembled Plasmonic Nanoparticle Networks (PNN) composed of chains of 12-nm diameter crystalline gold nanoparticles exhibit a longitudinally coupled plasmon mode cen- tered at 700 nm. We have exploited this longitudinal absorption band to efficiently confine light fields and concentrate heat sources in the close vicinity of these plasmonic chain net- works. The mapping of the two phenomena on the same superstructures was performed by combining two-photon luminescence (TPL) and fluorescence polarization anisotropy (FPA) imaging techniques. Besides the light and heat concentration, we show experimentally that the planar spatial distribution of optical field intensity can be simply modulated by controlling the linear polarization of the incident optical excitation. On the contrary, the heat production, which is obtained here by exciting the structures within the optically transparent window of biological tissues, is evenly spread over the entire PNN. This contrasts with the usual case of localized heating in continuous nanowires, thus opening opportunities for these networks in light-induced hyperthermia applications. Furthermore, we propose a unified theoretical framework to account for both the non-linear optical and thermal near-fields around PNN. The associated numerical simulations, based on a Green s function formalism, are in excellent agreement with the experimental images. This formalism therefore provides a versatile tool for the accurate engineering of optical and thermodynamical properties of complex plasmonic colloidal architectures.

Published
2012

43. Composition and Size Effects on the Optical Properties of Isolated Silicon-Germanium Nanowires

Author

A. Chehaidar, Thierry Baron, Bassem Salem, Houssem Kallel, Arnaud Arbouet, A. Potié, Vincent Paillard, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Sfax - University of Sfax, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Laboratoire des technologies de la microélectronique (LTM), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
optical properties, Nanostructure, Materials science, Silicon, nanostructure, Nanowire, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, Germanium, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Light scattering, 010309 optics, chemistry.chemical_compound, 0103 physical sciences, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Absorption (electromagnetic radiation), business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Silicon-germanium, chemistry, Angle of incidence (optics), Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, semiconducting
Abstract

Silicon and Germanium nanowires (NWs) have shown a strong ability to enhance both the absorption and scattering of light. Tailoring the optical properties of Si or Ge NWs can be obtained by adjusting the nanowire diameter. Another parameter that can be used is the chemical composition of silicon-germanium (Si1-xGex-NWs) alloys. In this work, we perform a numerical study on the optical properties of single Si1-xGex-NWs based on the Lorenz-Mie theory. The effects of Ge composition, light polarization and angle of incidence on the nanowire optical properties are investigated.

Published
2012
Full Text
View/download PDF

44. Implantation energy effect on photoluminescence spectroscopy of Si nanocrystals locally fabricated by stencil-masked ultra-low-energy ion-beam-synthesis in silica

Author

Vincent Paillard, Panagiotis Dimitrakis, C. Suarez, Arnaud Arbouet, Caroline Bonafos, Florence Gloux, Jérémie Grisolia, Sylvie Schamm-Chardon, Pascal Normand, Regis Diaz, Renaud Marty, Gérard Benassayag, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), National Center for Scientific Research 'Demokritos' (NCSR), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets ( LPCNO ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), and National Center for Scientific Research 'Demokritos' ( NCSR )

Subjects
[PHYS]Physics [physics], Nuclear and High Energy Physics, [ PHYS ] Physics [physics], Materials science, Microscope, Photoluminescence, Ion beam, business.industry, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Fluence, Blueshift, law.invention, Ion implantation, Nanocrystal, law, 0103 physical sciences, Optoelectronics, 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Spectroscopy, Instrumentation
Abstract

International audience; The present paper focuses on the effect of the implantation energy in the fabrication of pockets of silicon nanocrystals (Si-NCs) by stencil-masked ultra-low-energy ion-beam-synthesis (ULE-IBS). Si ion implantation was carried out into 10 nm SiO2 layers using energies ranging from 1 up to 3 keV and a fluence of 1 × 1016 Si+/cm2. After mask removal the samples are furnace annealed at 1050 °C for 30 min under N2 atmosphere. Control of Si-NCs characteristics was examined as a function of the stencil aperture size. Then, different patterns of Si-NCs pockets were synthesized such as squares and gratings of line arrays. Photoluminescence (PL) spectroscopy under a confocal microscope was employed to map the NCs pocket arrays. These PL images were found to perfectly mimic the mask geometry. A change in PL intensity and a blueshift of the PL energy peak were observed near the edge of the pockets. These local changes were attributed to both a smaller size and a higher density of Si-NCs in such areas, probably due to a local decrease of the implanted fluence. AFM measurements of the oxide swelling as a function of the elaboration conditions were combined to PL results to evaluate the real implanted fluence, which is lower than the nominal one. The implanted fluence was also found to decrease with decreasing aperture size, until a threshold for the absence of Si-NCs formation is reached in sub-micron patterns.

Published
2012
Full Text
View/download PDF

45. Interaction of an ultrashort optical pulse with a metallic nanotip: A Green dyadic approach

Author

Christian Girard, Florent Houdellier, Arnaud Arbouet, Renaud Marty, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Materials science, [PHYS.PHYS.PHYS-ACC-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Accelerator Physics [physics.acc-ph], General Physics and Astronomy, chemistry.chemical_element, Physics::Optics, 02 engineering and technology, Electron, Tungsten, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Optics, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], Electric field, 0103 physical sciences, [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex], 010306 general physics, Plasmon, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polarization (waves), [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, chemistry, Femtosecond, Quasiparticle, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, business, Ultrashort pulse, [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Abstract

International audience; We consider the interaction of an ultrashort optical pulse with a metallic nanotip. In the framework of the Green dyadic method, we calculate the time-dependent electric field in the vicinity of the metallic nano-object. The electric field enhancement at the tip apex, its temporal evolution, and its dependence upon the polarization of the incident electric field are addressed. By comparing the case of tungsten and gold nanotips, we show that significantly larger electric field enhancements can be obtained with the latter and point out different temporal responses. Our description provides the time-dependent spatial distribution of the electric field around metallic nano-objects of arbitrary geometries which is the first step to describe light-matter interaction in recently developed laser-driven femtosecond electron nanosources or recent results in ultrafast nanoplasmonics.

Published
2012
Full Text
View/download PDF

46. Acousto-Plasmonic and Surface-Enhanced Raman Scattering Properties of Coupled Gold Nanospheres/Nanodisk Trimers

Author

Sukant K. Tripathy, Siew Lang Teo, Lucien Saviot, Ming-Yong Han, Enyi Ye, Adnen Mlayah, Renaud Marty, Christian Girard, Arnaud Arbouet, Vivian Kaixin Lin, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB)

Subjects
Light, [ PHYS.COND.CM-MS ] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Physics::Optics, Bioengineering, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Molecular physics, symbols.namesake, Optics, Materials Testing, Physics::Atomic and Molecular Clusters, Scattering, Radiation, General Materials Science, Computer Simulation, Surface plasmon resonance, Particle Size, Plasmon, Chemistry, business.industry, Mechanical Engineering, Surface plasmon, Resonance, General Chemistry, Acoustics, Surface Plasmon Resonance, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Nanostructures, Models, Chemical, Molecular vibration, symbols, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Gold, 0210 nano-technology, business, Raman spectroscopy, Raman scattering, Localized surface plasmon
Abstract

International audience; This work is devoted to the fundamental understanding of the interaction between acoustic vibrations and surface plasmons in metallic nano-objects. The acoustoplasmonic properties of coupled spherical gold nanoparticles and nanodisk trimers are investigated experimentally by optical transmission measurements and resonant Raman scattering experiments. For excitation close to resonance with the localized surface plasmons of the nanodisk trimers, we are able to detect several intense Raman bands generated by the spherical gold nanoparticles. On the basis of both vibrational dynamics calculations and Raman selection rules, the measured Raman bands are assigned to fundamental and overtones of the quadrupolar and breathing vibration modes of the spherical gold nanoparticles. Simulations of the electric near-field intensity maps performed at the Raman probe wavelengths showed strong localization of the optical energy in the vicinity of the nanodisk trimers, thus corroborating the role of the interaction between the acoustic vibrations of the spherical nanoparticles and the surface plasmons of the nanodisk trimers. Acoustic phonons surface enhanced Raman scattering is here demonstrated for the first time for such coupled plasmonic systems. This work paves the way to surface plasmon engineering for sensing the vibrational properties of nanoparticles.

Published
2011
Full Text
View/download PDF

47. Gold nanoring trimers: a versatile structure for infrared sensing

Author

Christian Girard, Javier Aizpurua, Nicolas Large, Arnaud Arbouet, Adnen Mlayah, Vivian Kaixin Lin, Siew Lang Teo, Sukant K. Tripathy, Renaud Marty, and Esther Alarcon Llado

Subjects
Materials science, Infrared, Surface Properties, Physics::Optics, Metal Nanoparticles, Electrons, Spectrum Analysis, Raman, Optics, Physics::Atomic and Molecular Clusters, Nanotechnology, Computer Simulation, Surface plasmon resonance, Plasmon, Radiation, business.industry, Surface plasmon, Models, Theoretical, Surface Plasmon Resonance, Surface plasmon polariton, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Microscopy, Electron, Scanning, Optoelectronics, Gold, business, Nanoring, Electron-beam lithography, Algorithms, Localized surface plasmon
Abstract

12 páginas, 6 figuras.-- et al., In this work we report on the observation of surface plasmon properties of periodic arrays of gold nanoring trimers fabricated by electron beam lithography. It is shown that the localized surface plasmon resonances of such gold ring trimers occur in the infrared spectral region and are strongly influenced by the nanoring geometry and their relative positions. Based on numerical simulations of the optical extinction spectra and of the electric near-field intensity maps, the resonances are assigned to surface plasmon states arising from the strong intra-trimer electromagnetic interaction. We show that the nanoring trimer configuration allows for generating infrared surface plasmon resonances associated with strongly localized electromagnetic energy, thus providing plasmonic nanoresonators well-suited for sensing and surface enhanced near-infrared Raman spectroscopy., This work was supported by CALMIP computing center at Paul Sabatier University and the ETORTEK project inano from the Department of Industry of the Basque Government.

Published
2010

48. Photon antibunching in the optical near field

Author

Arnaud Arbouet, G. Colas des Francs, Vincent Paillard, Christian Girard, Renaud Marty, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB)

Subjects
Nanostructure, Physics::Optics, Near and far field, 02 engineering and technology, Dielectric, engineering.material, 01 natural sciences, Molecular physics, 78.20.Bh, 42.50.Ar, 07.79.Fc, Optics, 0103 physical sciences, Quantum system, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, Plasmon, Physics, Photon antibunching, business.industry, Autocorrelation, Diamond, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, engineering, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, business
Abstract

International audience; We show that a combination of the field-susceptibility technique with the optical Bloch equations gives access to the temporal evolution of the populations and coherences of any quantum system placed in the optical near field of a nanostructure. In particular, we show that the near-field evanescent states, confined around dielectric or plasmonic particles, can be used to modify and control the photon statistics of the quantum system. This theoretical scheme leads to second-order autocorrelation functions in good agreement with recent experimental measurements performed with nitrogen-vacancy center in diamond nanocrystals placed in interaction with gold nanoparticles.

Published
2010
Full Text
View/download PDF

49. Manipulating and squeezing the photon local density of states with plasmonic nanoparticle networks

Author

Erik Dujardin, Christian Girard, Gérard Colas des Francs, Arnaud Arbouet, Renaud Marty, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB)

Subjects
Local density of states, Materials science, Photon, business.industry, Physics::Optics, Nanoparticle, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 78.20.Bh, 73.20.Mf, 68.37.Uv, 01 natural sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Planar, Gold particles, 0103 physical sciences, Quasiparticle, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Photonics, 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Plasmon
Abstract

International audience; In this Brief Report, we show that when interconnected networks of gold particles are deposited onto a clean planar surface, they strongly modify the photonic local density of states LDOS in the immediate proximity of the self-assembled nanoparticles. They represent unique architectures for the subwavelength patterning of initially flat photonic LDOS. Moreover, we show that their local spectral signatures are well suited for the generation of sites able to enhance molecular fluorescence intensity.

Published
2010
Full Text
View/download PDF

50. Structured ZnO-based contacts deposited by non-reactive rf magnetron sputtering on ultra-thin SiO2/Si through a stencil mask

Author

C. Dumas, Gérard Benassayag, M. A. F. van den Boogaart, Veronica Savu, Jürgen Brugger, Jia Mei Soon, Vincent Paillard, Jérémie Grisolia, Pascal Normand, Arnaud Arbouet, Lionel Presmanes, Philippe Tailhades, Antoine Barnabé, Maëva Lalanne, Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), National Center for Scientific Research Demokritos - NCSR Demokritos (GREECE), Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne - EPFL (SWITZERLAND), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Shadow mask, Materials science, Nanostructure, Silicon, Matériaux, chemistry.chemical_element, Mineralogy, Stencil mask, Stencil, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Sputtering, Materials Chemistry, Thin film, business.industry, Metals and Alloys, Surfaces and Interfaces, Sputter deposition, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Ion implantation, chemistry, Physical vapor deposition, ZnO, Optoelectronics, Si, SiO2, business
Abstract

International audience; In this paper, we study the localized deposition of ZnO micro and nanostructures deposited by non-reactive rf-magnetron sputtering through a stencil mask on ultra-thin (10 nm) SiO2 layers containing a single plane of silicon nanocrystals (NCs), synthetized by ultra-low energy ion implantation followed by thermal annealing. The localized ZnO-deposited areas are reproducing the exact stencil mask patterns. A resistivity of around 5×10−3 Ω cm is measured on ZnO layer. The as-deposited ZnO material is 97% transparent above the wavelength at 400 nm. ZnO nanostructures can thus be used as transparent electrodes for Si NCs embedded in the gate-oxide of MOS devices.

Published
2009
Full Text
View/download PDF

Catalog

Books, media, physical & digital resources
See catalog results