Modes hybrides dans une antenne dimère asymétrique individuelle excitée thermiquement

Des chercheurs de l’Institut Langevin et de l’ONERA ont pu caractériser l’émission thermique de champ lointain d’une paire de nano-antennes couplées en utilisant une technique de spectroscopie très sensible appelée spectroscopie infrarouge à modulation spatiale (IR-SMS). Leurs observations ont permis de révéler l’existence de modes hybrides.

Leur étude publiée dans Optics Letters présente une investigation du rayonnement thermique produit aux longueurs d’onde de l’infrarouge moyen par des dimères uniques de nano-antennes consistant en une paire d’antennes patch métal-isolant-métal séparées par un gap nanométrique et présentant un volume modal fortement sub-longueur d’onde.

Quand les antennes du dimère sont séparées d’un gap de l’ordre de 100 nm, on observe que le spectre de rayonnement thermique en champ lointain du dimère présente un splitting de son pic de résonance dû à l’excitation des modes hybrides de type bonding et anti-bonding. Ce résultat surprenant, qui est confirmé par des simulations électromagnétiques, montre que divers modes couplés d’une nano-antenne unique peuvent être simultanément excités par les fluctuations thermiques, un processus essentiellement incohérent résultant de courants thermiques fluctuants.

Ce travail constitue la première mesure du spectre de rayonnement thermique d’un dimère unique de nano-antennes. Un défi majeur pour ce type de mesures est de parvenir à se débarrasser de l’énorme rayonnement thermique de fond. Pour supprimer cette contribution dominante, la technique IR-SMS récemment développée par l’équipe a été mise en œuvre. Celle-ci repose sur l’effet de vignettage du signal thermique d’une nano-antenne individuelle sub-longueur d’onde qui se produit en géométrie confocale.

L’observation d’un nouveau phénomène physique lié au rayonnement thermique d’une nano-antenne dimère unique, rapporté dans cette étude, peut guider les efforts futurs d’optimisation de la réponse d’antennes plus élaborées formées de l’assemblage de plusieurs éléments de taille sub-longueur d’onde.

Référence :
Hybrid modes in a single thermally excited asymmetric dimer antenna
L. Abou-Hamdan, C. Li, R. Haidar, V. Krachmalnicoff, P. Bouchon, Y. De Wilde
Optics Letters 46 (5), 981-984 (2021).
https://doi.org/10.1364/OL.413382

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