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103 results on '"Arnaud Arbouet"'

1. Challenges in nanofabrication for efficient optical metasurfaces

Author: Adelin Patoux, Gonzague Agez, Christian Girard, Vincent Paillard, Peter R. Wiecha, Aurélie Lecestre, Franck Carcenac, Guilhem Larrieu, and Arnaud Arbouet
Subjects: Medicine, Science
Abstract: Abstract Optical metasurfaces have raised immense expectations as cheaper and lighter alternatives to bulk optical components. In recent years, novel components combining multiple optical functions have been proposed pushing further the level of requirement on the manufacturing precision of these objects. In this work, we study in details the influence of the most common fabrication errors on the optical response of a metasurface and quantitatively assess the tolerance to fabrication errors based on extensive numerical simulations. We illustrate these results with the design, fabrication and characterization of a silicon nanoresonator-based metasurface that operates as a beam deflector in the near-infrared range.
Published: 2021
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2. Electron energy losses and cathodoluminescence from complex plasmonic nanostructures: spectra, maps and radiation patterns from a generalized field propagator

Author: Arnaud Arbouet, Adnen Mlayah, Christian Girard, and Gérard Colas des Francs
Subjects: electron energy loss spectroscopy, cathodoluminescence, plasmonics, nano-optics, EELS, surface plasmons, Science, Physics, QC1-999
Abstract: We present a unified framework for the description of the interaction of fast electrons with complex nanostructures based on the Green dyadic method. We show that the computation of a generalized field propagator yields the electron energy losses and cathodoluminescence of nano-objects of arbitrary morphologies embedded in complex dielectric media. Spectra and maps for both penetrating and non-penetrating electron trajectories are provided. This numerical approach can be extended to describe complex experiments involving fast electrons and optically excited nanostructures.
Published: 2014
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3. 'pyGDM' - new functionalities and major improvements to the python toolkit for nano-optics full-field simulations.

Author: Peter R. Wiecha, Clément Majorel, Arnaud Arbouet, Adelin Patoux, Yoann Brûlé, Gérard Colas des Francs, and Christian Girard
Published: 2022
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4. Infrared nanoplasmonic properties of hyperdoped embedded Si nanocrystals in the few electrons regime

Author: Meiling Zhang, Jean-Marie Poumirol, Nicolas Chery, Clément Majorel, Rémi Demoulin, Etienne Talbot, Hervé Rinnert, Christian Girard, Fuccio Cristiano, Peter R. Wiecha, Teresa Hungria, Vincent Paillard, Arnaud Arbouet, Béatrice Pécassou, Fabrice Gourbilleau, Caroline Bonafos, 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 de physique des matériaux (GPM), Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Jean Lamour (IJL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), 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), Centre de microcaractérisation Raimond Castaing (Centre Castaing), 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), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nanomatériaux, Ions et Métamatériaux pour la Photonique (NIMPH), ANR-18-CE09-0034,DONNA,Dopage à l'échelle nano(2018), and ANR-21-CE30-0042,Ti-P,Plasmons de surfaces non réciproques induit par la topologie(2021)
Subjects: Condensed Matter - Materials Science, Physics::Optics, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), FOS: Physical sciences, semiconductor-based plasmonic, Atomic and Molecular Physics, and Optics, green dyadic method, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Condensed Matter::Materials Science, Physics::Atomic and Molecular Clusters, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], silicon nanocrystals, plasmon hybridization, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Electrical and Electronic Engineering, Physics - Optics, Optics (physics.optics), few electrons regime, Biotechnology
Abstract: Using localized surface plasmon resonance (LSPR) as an optical probe we demonstrate the presence of free carriers in phosphorus doped silicon nanocrystals (SiNCs) embedded in a silica matrix. In small SiNCs, with radius ranging from 2.6 to 5.5 nm, the infrared spectroscopy study coupled to numerical simulations allows us to determine the number of electrically active phosphorus atoms with a precision of a few atoms. We demonstrate that LSP resonances can be supported with only about 10 free electrons per nanocrystal, confirming theoretical predictions and probing the limit of the collective nature of plasmons. We reveal the appearance of an avoided crossing behavior linked to the hybridization between the localized surface plasmon in the doped nanocrystals and the silica matrix phonon modes. Finally, a careful analysis of the scattering time dependence versus carrier density in the small size regime allows us to detect the appearance of a new scattering process at high dopant concentration, which can be explained by P clustering inside the SiNCs.
Published: 2022
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5. Generalizing the exact multipole expansion: Density of multipole modes in complex photonic nanostructures

Author: Clément Majorel, Adelin Patoux, Ana Estrada-Real, Bernhard Urbaszek, Christian Girard, Arnaud Arbouet, 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), Airbus Defence and Space [Toulouse], Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), 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), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), 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), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and HPC CALMIP de Toulouse (subvention p20010)
Subjects: [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Physics::Optics, FOS: Physical sciences, Computational Physics (physics.comp-ph), Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, [PHYS.PHYS.PHYS-COMP-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Computational Physics [physics.comp-ph], Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Electrical and Electronic Engineering, Physics - Computational Physics, [PHYS.COND.CM-MSQHE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect [cond-mat.mes-hall], Physics - Optics, Biotechnology, Optics (physics.optics)
Abstract: The multipole expansion of a nano-photonic structure's electromagnetic response is a versatile tool to interpret optical effects in nano-optics, but it only gives access to the modes that are excited by a specific illumination. In particular the study of various illuminations requires multiple, costly numerical simulations. Here we present a formalism we call "generalized polarizabilities", in which we combine the recently developed exact multipole decomposition [Alaee et al., Opt. Comms. 407, 17-21 (2018)] with the concept of a generalized field propagator. After an initial computation step, our approach allows to instantaneously obtain the exact multipole decomposition for any illumination. Most importantly, since all possible illuminations are included in the generalized polarizabilities, our formalism allows to calculate the total density of multipole modes, regardless of a specific illumination, which is not possible with the conventional multipole expansion. Finally, our approach directly provides the optimum illumination field distributions that maximally couple to specific multipole modes. The formalism will be very useful for various applications in nano-optics like illumination-field engineering, or meta-atom design e.g. for Huygens metasurfaces. We provide a numerical open source implementation compatible with the pyGDM python package., Comment: 13 pages, 6 figures. Includes a supporting information pdf and python examples
Published: 2022
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6. 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
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7. Deep learning enabled strategies for modelling of complex aperiodic plasmonic metasurfaces of arbitrary size

Author: Clément Majorel, Christian Girard, Arnaud Arbouet, Otto L. Muskens, Peter R. Wiecha, 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, 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, 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 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: [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Physics::Optics, FOS: Physical sciences, Computational Physics (physics.comp-ph), Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, [PHYS.PHYS.PHYS-COMP-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Computational Physics [physics.comp-ph], Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), Electrical and Electronic Engineering, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Physics - Computational Physics, [PHYS.COND.CM-MSQHE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect [cond-mat.mes-hall], Physics - Optics, Biotechnology, Optics (physics.optics)
Abstract: Optical interactions have an important impact on the optical response of nanostructures in complex environments. Accounting for interactions in large ensembles of structures requires computationally demanding numerical calculations. In particular if no periodicity can be exploited, full field simulations can become prohibitively expensive. Here we propose a method for the numerical description of aperiodic assemblies of plasmonic nanostructures. Our approach is based on dressed polarizabilities, which are conventionally very expensive to calculate, a problem which we alleviate using a deep convolutional neural network as surrogate model. We demonstrate that the method offers high accuracy with errors in the order of a percent. In cases where the interactions are predominantly short-range, e.g. for out-of-plane illumination of planar metasurfaces, it can be used to describe aperiodic metasurfaces of basically unlimited size, containing many thousands of unordered plasmonic nanostructures. We furthermore show that the model is capable to spectrally resolve coupling effects. The approach is therefore of highest interest for the field of metasurfaces. It provides significant advantages in applications like homogenization of large aperiodic planar metastructures or the design of sophisticated wavefronts at the micrometer scale, where optical interactions play a crucial role., Comment: 13 pages, 8 figures + supporting informations pdf
Published: 2021
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8. pyGDM -- new functionalities and major improvements to the python toolkit for nano-optics full-field simulations

Author: Yoann Brûlé, Adelin Patoux, Clément Majorel, Peter R. Wiecha, Arnaud Arbouet, Gérard Colas des Francs, Christian Girard, Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), 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), 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 Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-19-CE24-0026,HiLight,Nanostructures diélectriques à haut indice pour le contrôle de l'émission et de la propagation de la lumière(2019), 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, 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-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-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)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), 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), 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), and 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)
Subjects: Dependency (UML), Fortran, Computer science, nano plasmonics, Nanophotonics, General Physics and Astronomy, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, nano-optics, 01 natural sciences, Computational science, green dyadic method, [PHYS.PHYS.PHYS-COMP-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Computational Physics [physics.comp-ph], 0103 physical sciences, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, [PHYS.COND.CM-MSQHE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect [cond-mat.mes-hall], computer.programming_language, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], electrodynamical simulations, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Propagator, Python (programming language), coupled dipoles approximation, photonic nanostructures, Computational Physics (physics.comp-ph), 021001 nanoscience & nanotechnology, Chirality (electromagnetism), Range (mathematics), Hardware and Architecture, 0210 nano-technology, computer, Physics - Computational Physics, Quasistatic process, Physics - Optics, Optics (physics.optics)
Abstract: pyGDM is a python toolkit for electro-dynamical simulations of individual nano-structures, based on the Green Dyadic Method (GDM). pyGDM uses the concept of a generalized propagator, which allows to solve cost-efficiently monochromatic problems with a large number of varying illumination conditions such as incident angle scans or focused beam raster-scan simulations. We provide an overview of new features added since the initial publication [Wiecha, Computer Physics Communications 233, pp.167-192 (2018)]. The updated version of pyGDM is implemented in pure python, removing the former dependency on fortran-based binaries. In the course of this re-write, the toolkit's internal architecture has been completely redesigned to offer a much wider range of possibilities to the user such as the choice of the dyadic Green's functions describing the environment. A new class of dyads allows to perform 2D simulations of infinitely long nanostructures. While the Green's dyads in pyGDM are based on a quasistatic description for interfaces, we also provide as new external python package pyGDM2_retard a module with retarded Green's tensors for an environment with two interfaces. We have furthermore added functionalities for simulations using fast-electron excitation, namely electron energy loss spectroscopy and cathodoluminescence. Along with several further new tools and improvements, the update includes also the possibility to calculate the magnetic field and the magnetic LDOS inside nanostructures, field-gradients in- and outside a nanoparticle, optical forces or the chirality of nearfields. All new functionalities remain compatible with the evolutionary optimization module of pyGDM for nano-photonics inverse design., Comment: 29 pages, 20 figures
Published: 2021
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9. 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
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10. 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
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11. Observer la matière à l’échelle du nanomètre et de la femtoseconde : la microscopie électronique en transmission ultrarapide

Author: Arnaud Arbouet, Florent Houdellier, Sébastien J. Weber, Giuseppe Mario Caruso, Sophie Meuret, Mathieu Kociak, 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), Laboratoire de Physique des Solides (LPS), Université Paris-Saclay-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: [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: Les microscopes électroniques en transmission ultrarapides combinent la résolution temporelle des sources laser femtosecondes avec la résolution spatiale des microscopes électroniques. Cette résolution spatio-temporelle inégalée, la richesse des techniques de microscopie électronique et les immenses possibilités de façonnage des impulsions optiques et électroniques ultrabrèves ouvrent des perspectives fascinantes pour l’exploration et le contrôle de la dynamique de la matière condensée.
Published: 2020
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12. Time-resolved Cathodoluminescence in a Transmission Electron Microscope Applied to NV Centers in Diamond

Author: Sophie Meuret, Yves Auad, Arnaud Arbouet, Mathieu Kociak, Florent Houdellier, Luiz H. G. Tizei, and Huan-Cheng Chang
Subjects: Materials science, business.industry, Transmission electron microscopy, engineering, Optoelectronics, Diamond, Cathodoluminescence, engineering.material, business, Instrumentation
Published: 2020
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13. 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
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14. 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
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15. (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
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16. 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
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17. Ultrafast Transmission Electron Microscopy: Historical Development, Instrumentation, and Applications

Author: Giuseppe Mario Caruso, Florent Houdellier, Arnaud Arbouet, 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), Peter W. Hawkes, CEMES/Laboratoire d'Optique Electronique du Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France, Peter W. Hawkes, CEMES/Laboratoire d'Optique Electronique du Centre National de la Recherche Scientifique, Toulouse, France, 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, Brightness, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Transmission electron microscopyUltrafast opticsUltrafast transmission electron microscopyDynamical transmission electron microscopyUltrafast dynamicsNano-opticsCoherent ultrashort electron sourcesUltrafast electron holography, [PHYS.PHYS.PHYS-ACC-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Accelerator Physics [physics.acc-ph], Resolution (electron density), 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Frame rate, 01 natural sciences, Engineering physics, Electron holography, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, Transmission (telecommunications), [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], Transmission electron microscopy, 0103 physical sciences, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex], Instrumentation (computer programming), 010306 general physics, 0210 nano-technology, Ultrashort pulse, [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Abstract: International audience; Transmission Electron Microscopes (TEM) have allowed giant steps in chemistry, biology or physics. Many of these achievements were nourished by key instrumental developments such as aberration correctors, high brightness sources, detectors, etc. Despite spectacular advances, investigations using TEM have long been restricted to systems either static or evolving on timescales compatible with the frame rate of CCD cameras. Time-resolved Transmission Electron Microscopy aims at overcoming this limitation and exploring the dynamics of nanoscale systems. Since the pioneering work of the group of O. Bostanjoglo at the TU Berlin, spectacular progress has been made to provide time-resolved TEM with a constantly improving spatio-temporal resolution. These advances rely mostly, although not exclusively, on ultrafast lasers and are largely inspired from time-resolved optical spectroscopy techniques.In this review, we provide an introduction to the field of time-resolved TEM, describe the major instrumental developments, and give examples of applications in different fields. In Section 5, we discuss the possibility of performing time-resolved electron holography with new high brightness UTEMs.
Published: 2018
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18. 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
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19. Ultrafast Spectroscopy and Nonlinear Control of Single Nanoparticles and Antennas

Author: Arnaud Arbouet, Peter R. Wiecha, and Otto L. Muskens
Subjects: Materials science, business.industry, Analytical chemistry, Optoelectronics, Nanoparticle, Nonlinear control, Spectroscopy, business, Ultrashort pulse
Published: 2017
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20. Strongly directional scattering from dielectric nanowires

Author: Thierry Baron, Arnaud Arbouet, Frank Fournel, Peter R. Wiecha, Gérard Colas des Francs, Aurélien Cuche, Christian Girard, Guilhem Larrieu, Vincent Paillard, Aurélie Lecestre, Vincent Larrey, 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), Nano-Optique et Forces (NOF ), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), 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), 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), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), 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]), 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 ), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique ( CEMES-NeO ), 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 ), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -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 ), Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -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 Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique ( LAAS-MPN ), Laboratoire d'Electronique et des Technologies de l'Information ( CEA-LETI ), Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères]-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Laboratoire des technologies de la microélectronique ( LTM ), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Labau, Isabelle, 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), Nano-Optique et Forces (NEEL - NOF), 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), 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), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB), NOF - Nano-Optique et Forces, Institut Néel ( NEEL ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères], Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne [Dijon] ( LICB ), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard ( UTBM ) -Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères]
Subjects: Nanowire, Nanoparticle, FOS: Physical sciences, Physics::Optics, 02 engineering and technology, Dielectric, 01 natural sciences, [PHYS] Physics [physics], 010309 optics, 0103 physical sciences, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), Electrical and Electronic Engineering, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Physics, [PHYS]Physics [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 physics, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Scattering, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polarization (waves), Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Transverse plane, 0210 nano-technology, Excitation, Biotechnology, Visible spectrum
Abstract: It has been experimentally demonstrated only recently that a simultaneous excitation of interfering electric and magnetic resonances can lead to uni-directional scattering of visible light in zero-dimensional dielectric nanoparticles. We show both theoretically and experimentally, that strongly anisotropic scattering also occurs in individual dielectric nanowires. The effect occurs even under either pure transverse electric or pure transverse magnetic polarized normal illumination. This allows for instance to toggle the scattering direction by a simple rotation of the incident polarization. Finally, we demonstrate that directional scattering is not limited to cylindrical cross-sections, but can be further tailored by varying the shape of the nanowires., Comment: 12 pages, 6 figures + supporting informations of 12 pages, 19 figures
Published: 2017
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21. 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
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22. 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
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23. 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
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24. 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
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25. 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
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26. Design and realization of an ultrafast cold field emission source operating under high voltage

Author: Florent Houdellier, Giuseppe Mario Caruso, Pierre Abeilhou, and Arnaud Arbouet
Subjects: 010302 applied physics, 0103 physical sciences, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0210 nano-technology, 01 natural sciences
Published: 2016
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27. Plasmonic edge and breathing modes in aluminum nanotriangles

Author: Alfredo Campos, Davy Gerard, Jerome Martin, Jerome Plain, Julien Proust, Arnaud Arbouet, Mathieu Kociak, Laboratoire de Nanotechnologie et d'Instrumentation Optique (LNIO), Institut Charles Delaunay (ICD), and 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)
Subjects: 0303 health sciences, 03 medical and health sciences, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0210 nano-technology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 030304 developmental biology
Abstract: International audience
Published: 2016
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28. 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
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29. 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
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30. 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
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31. 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
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32. 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
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33. 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
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34. Damping of the Acoustic Vibrations of Individual Gold Nanoparticles

Author: Sukant K. Tripathy, Renaud Marty, Vivian Kaixin Lin, Adnen Mlayah, Christian Girard, Siew Lang Teo, Arnaud Arbouet, and Vincent Paillard
Subjects: Coupling, Materials science, Mechanical Engineering, Acoustics, Physics::Optics, Nanoparticle, Bioengineering, General Chemistry, Condensed Matter Physics, Vibration, Femtosecond, Ultrafast laser spectroscopy, Physics::Atomic and Molecular Clusters, General Materials Science, Physics::Chemical Physics, Spectroscopy, Ultrashort pulse, Nanoring
Abstract: In this letter, the ultrafast vibrational dynamics of individual gold nanorings has been investigated by femtosecond transient absorption spectroscopy. Two acoustic vibration modes have been detected and identified. The influence of the mechanical coupling at the nanoparticle/substrate interface on the acoustic vibrations of the nano-objects is discussed. Moreover, by changing the environment of the nanoring, we provide a clear evidence of the impact of the surrounding medium on the damping of the acoustic vibrations. Such results are reported here for the first time on individual nanoparticles. This work points out a new sensing method based on the sensitivity of the acoustic vibration damping to the surrounding medium.
Published: 2011
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35. 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
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36. 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
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37. (Invited) High-Index Dielectric Nanoantennas for Light Management, Nonlinear Optics, and Controlled Photoluminescence of Quantum Emitters

Author: Peter R. Wiecha, Aurélien Cuche, Christian Girard, Arnaud Arbouet, and Vincent Paillard
Subjects: Physics::Optics
Abstract: Over the last twenty years, nanoscale optics was mainly driven by plasmonics since noble metal nanostructures, thanks to localized surface plasmon resonances (LSPR), can be used to manipulate, concentrate or redirect visible light. Such properties have led to numerous actual or potential applications in integrated optics, sensors, nonlinear optics, field-enhanced spectroscopies, or photovoltaics. 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 range of applications as plasmonics by manipulating Mie optical resonances instead of LSPRs. The Mie resonances can be adjusted by modifying the size, shape, and material of those nanostructures. Furthermore, high index dielectric nanostructures offer several key advantages: absorption losses are far weaker than in metals for wavelengths longer than the direct band gap (near UV to near IR for Si), presence of strong magnetic resonances much more difficult to obtain in metals, and access to semiconductor (CMOS) technology for nanostructure fabrication (essential for easier transfer towards applications). We present three examples describing the interest of using silicon nanoantennas: enhancement and directionality control of light scattering, enhancement and polarization control of second harmonic generation (SHG), and 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. First, we show that silicon nanospheres and nanowires are able to scatter and/or absorb very efficiently visible light. Furthermore, due to a kind of Fano process involving the interference between a broad resonance and a sharp higher mode simultaneously excited, the direction of light scattering can be very different (either dominating forward or backward scattering). Second, we investigate the nonlinear emission of silicon nanowires (Si-NWs). We show that SHG is strongly increased if a Mie optical mode corresponding to the fundamental (laser) wavelength is supported by the nanowire. According to nonlinear scattering theory and the so-called Miller's rule, the highest SHG is predicted for an optimum overlap of resonant modes and linear susceptibilities, at both the fundamental and harmonic wavelengths, respectively. Contrary, no SHG can be detected in absence of any resonance. This behavior, and experimental SHG mappings of individual Si-NWs, are well reproduced by numerical simulations (Green Dyadic Method - GDM). We also show that, depending on the Si-NW diameter, different surface of bulk-like contributions to the SHG are addressed. This also results in different polarizations of SHG as function of both the Si-NW diameter and incident light polarization. Third, we show the effect of a high index dielectric 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 molecules or quantum dots placed around simple Si nanoantennas (nanowires, nanodisk dimers). We also present preliminary results of the photoluminescence of Eu3+-doped clusters deposited on top of 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 farfield.
Published: 2018
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38. 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
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39. 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
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40. Synthesis of localized 2D-layers of silicon nanoparticles embedded in a SiO2layer by a stencil-masked ultra-low energy ion implantation process

Author: M A F van den Boogaart, Jürgen Brugger, Alain Claverie, Vincent Paillard, Arnaud Arbouet, Jérémie Grisolia, C. Dumas, Laurence Ressier, and G. Ben Assayag
Subjects: Materials science, Silicon, Nanoparticle, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, Surfaces and Interfaces, Substrate (electronics), Condensed Matter Physics, Stencil, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Ion implantation, chemistry, Quantum dot, Materials Chemistry, Electrical and Electronic Engineering, Thin film, Layer (electronics)
Abstract: We propose an original approach called “stencil-masked ion implantation process” to perform a spatially localized synthesis of a limited number of Si nanoparticles (nps) within a thin SiO2 layer. This process consists in implanting silicon ions at ultra-low energy through a stencil mask containing a periodic array of opened windows (from 50 nm to 2 um). After the stencil removal, a thermal annealing is used to synthesize small and spherical embedded nps. AFM observations show that the stencil windows are perfectly transferred into the substrate without any clogging or blurring effect. The samples exhibit a 3 nm localized swelling of the regions rich in Si nps. Moreover, photoluminescence (PL) spectroscopy shows that due to the quantum confinement only the implanted regions containing the Si nps are emitting light.
Published: 2007
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41. Photoluminescence spectroscopy and transport electrical measurements reveal the quantized features of Si nanocrystals embedded in an ultra thin SiO 2 layer

Author: C. Dumas, G. Ben Assayag, Alain Claverie, M. Carrada, Vincent Paillard, Caroline Bonafos, Jérémie Grisolia, Arnaud Arbouet, S. Schamm, Laboratoire de Nanophysique Magnétisme et Optoélectronique (LNMO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), 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)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT), 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: [PHYS]Physics [physics], 010302 applied physics, Materials science, Photoluminescence, Annealing (metallurgy), Analytical chemistry, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Blueshift, Ion implantation, Nanocrystal, Quantum dot, 0103 physical sciences, Electrical measurements, 0210 nano-technology, Spectroscopy
Abstract: In this paper, we have investigated the quantized charging features revealed by nanometer scale devices containing a 2D array of Si nanoparticles (nps) embedded into a SiO2 layer. The Si nps were synthesized by ultra low energy ion implantation and annealing under slightly oxidizing ambient. The structural characteristics of the material (oxide thicknesses, nps size and density) have been studied by Transmission Electron Microscopy (TEM) and Energy Filtered TEM (EFTEM). Moreover, photoluminescence (PL) spectroscopy and electrical I(V) measurements using a MOS capacitor addressing only a few nps have been performed at room temperature. It is observed that, as the oxidizing annealing temperature increases, the nps size decreases and the oxide quality is restored. These features appear on the PL spectra as a blue shift of the PL red band linked to quantum confinement into nps and on the I(V) characteristics as an increase of the voltage peak width and a decrease of the main current background. (© 2007 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)
Published: 2007
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42. 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
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43. Publisher's Note: Enhanced nonlinear optical response from individual silicon nanowires [Phys. Rev. B91, 121416(R) (2015)]

Author: Houssem Kallel, Vincent Paillard, Thierry Baron, Arnaud Arbouet, P. Periwal, and Peter R. Wiecha
Subjects: Nonlinear optical, Materials science, Frequency conversion, business.industry, Optoelectronics, Condensed Matter Physics, Silicon nanowires, business, Electronic, Optical and Magnetic Materials
Published: 2015
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44. Photoluminescence characterization of few-nanocrystals electronic devices

Author: F. Demangeot, Gérard Benassayag, M. Carrada, Arnaud Arbouet, Caroline Bonafos, M A F van den Boogaart, S. Schamm, Alain Claverie, Jürgen Brugger, Vincent Paillard, L M Doeswijk, C. Dumas, Jérémie Grisolia, 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 de Nanophysique Magnétisme et Optoélectronique ( LNMO ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ), Microsystems Laboratory ( LMIS1-EPFL ), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne ( EPFL ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), 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 de Nanophysique Magnétisme et Optoélectronique (LNMO), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT), Microsystems Laboratory (LMIS1-EPFL), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, 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: Photoluminescence, Microscope, Nanostructure, Silicon, Annealing (metallurgy), Biophysics, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Biochemistry, law.invention, law, 0103 physical sciences, [PHYS]Physics [physics], 010302 applied physics, [ PHYS ] Physics [physics], Coulomb blockade, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Ion implantation, chemistry, 0210 nano-technology, Luminescence
Abstract: International audience; Photoluminescence (PL) spectroscopy is demonstrated as a suitable technique to characterize silicon nanocrystals (Si-NCs)-based non-volatile memory devices. The 2D array of Si-NCs forming the floating gate is obtained by low-energy ion implantation in thin oxide followed by annealing. The electrical properties and PL emission are dramatically improved after annealing in oxidizing conditions, which are necessary conditions for oxide healing. Both these elaboration and characterization techniques are currently extended to the production and the study of nanoscale electronic devices, which exploit the Coulomb blockade effect and other quantized charging features at 300 K. The fabrication of such devices requires the fine control of a small number of NCs of about 3 nm in diameter. This could be achieved by 1 keV Si-implantation through stencil masks with window sizes ranging from about 0.1 to 10 μm2, with spacing between apertures in the 1–10 μm range. After mask removal and annealing, PL spectroscopic imaging under a confocal microscope is used to detect the NCs rich areas. The image of the PL intensity is found to mimic the mask geometry. Some changes of the PL energy at maximum intensity are found, that could be attributed to different Si-NCs sizes.
Published: 2006
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45. 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
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46. 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
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47. 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
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48. 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
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49. 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
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50. 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
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