Les activités de recherche de l’équipe concernent principalement l’étude du rayonnement infrarouge aux échelles sub-longueur d’onde, qu’il soit généré soit par agitation thermique dans la matière, par le pompage électrique d’un dispositif semi-conducteur, ou à l’aide d’une source extérieure. Nous menons également des recherches dans le domaine du transport thermique aux courtes échelles.
Nos activités ont souvent un caractère interdisciplinaire marqué et concernent aussi bien la recherche fondamentale que le domaine des applications. Nos résultats sont généralement obtenus au terme d’importants efforts collaboratifs avec des partenaires qui émanent du domaine académique, aérospatial, ou industriel.
Les candidatures à des stages, thèses, ou postdocs sont bienvenues (voir section "Jobs"). Pour plus d’informations contacter le responsable d’équipe, Dr. Yannick De Wilde.
Courriel : 
Sujets de recherche
Rayonnement thermique aux échelles sublongueur d’onde
Une partie de nos activités porte sur l’étude du rayonnement thermique à des distances de l’échantillon très inférieures à la longueur d’onde thermique donnée par la loi de Wien (10 µm à température ambiante). Ce régime est le siège de phénomènes physiques exceptionnels, qui ne peuvent être appréhendés quand on sonde le rayonnement thermique à grande distance de l’échantillon car ils sont liés à des champs évanescents. Nous avons développé une sonde à balayage sans équivalent appelée microscope à effet tunnel à rayonnement thermique ou TRSTM (thermal radiation scanning tunneling microscope) qui permet de mesurer le rayonnement thermique à des distances nanométriques de l’échantillon qui en est la source. Avec cet instrument, nous avons été les premiers à obtenir des images super-résolues de rayonnement thermique de champ proche infrarouge, qui correspondent aux variations spatiales de la densité locale d’états électromagnétique (EM-LDOS), et nous avons démontré l’existence de modes confinés de plasmons polaritons de surface [1]. Nos récents efforts ont permis de coupler le TRSTM à un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Nous avons ainsi pu mesurer la dépendance en fréquence du rayonnement thermique de champ proche, et donc de la EM-LDOS. Nous avons mesuré des spectres quasi-monochromatiques de rayonnement thermique de champ proche sur du carbure de silicium (SiC). Cet écart spectaculaire à la loi de Planck résulte de la contribution de phonons polaritons de surface qui produisent un pic de EM-LDOS dans la zone de champ proche [2,3]. Cet effet est responsable d’une augmentation anormale des échanges de chaleur à courte distance par interaction de champ proche.
Le TRSTM couplé au FTIR fonctionne au-delà de la limite de diffraction. En détectant les champs évanescents, l’instrument permet d’améliorer d’un facteur 100 la résolution spatiale par rapport aux microscopes et aux spectromètres fonctionnant dans l’infrarouge et cela sans la moindre source externe, puisque les fluctuations thermiques de l’échantillon sont à l’origine du rayonnement détecté. Nous avons démontré cela initialement en réalisant des images spectrales entre du SiC et de l’or [3,4]. Grâce à la sonde à balayage à pointe diffusante, nous avons aussi atteint une résolution spatiale de 100 nm dans l’infrarouge et le terahertz en couplant la sonde avec la source infrarouge du synchrotron SOLEIL, ce qui démontre l’intérêt de la technique pour améliorer la résolution de ce type de grand instrument [4].
Rayonnement thermique de champ proche de multicouches semiconductrices dopées/non-dopées
Récemment, nous avons également étudié la face clivée d’un empilement multicouche de semiconducteurs dopés et non-dopés où chaque couche à une épaisseur d’environ 300 nm. Dans certaines régions du spectre infrarouge, cet empilement se comporte comme un métamatériau hyperbolique. En mesurant des images TRSTM à différentes hauteurs, nous avons observé sur 200 nm à peine la transition entre le régime homogène et celui où le rayonnement thermique de chaque couche doit être considéré individuellement. L’enregistrement de spectro-images a révélé la contribution à la EM-LDOS de plasmons de surface se propageant à l’interface entre les couches semiconductrices dopées et non-dopées [5].
Imagerie de champ proche infrarouge sur dispositifs plasmoniques actifs
Un autre volet des recherches avec les sondes de microscopie de champ proche infrarouge concerne la plasmonique active. Nous avions précédemment démontré la génération de plasmons de surface sur des lasers à cascade quantique émettant à 7,5 microns [6] par des mesures d’images de champ proche. Nous avons poursuivi ce type d’études à plus courte longueur d’onde en développant un nouveau microscope de champ proche. Nous avons démontré la génération et le contrôle des plasmons de surface sur un dispositif intégré comportant une diode laser télécom à 1,3 µm. Nous avons réalisé l’équivalent en champ évanescent de l’expérience de diffraction par deux fentes sur un dispositif plasmonique actif alimenté par la diode laser [7] . Nous avons aussi réalisé des images superrésolues sur la facette de dispositifs lasers avec cavité métallique distribuée (réseau), ou avec métallisation continue, et observé le couplage des modes de la cavité laser avec les modes plasmoniques [8].
Recherche en lien avec l’aérospatiale et l’industrie
Les compétences acquises à l’institut Langevin sur la thermique aux petites échelles intéressent de près les industriels ainsi que le domaine de l’aérospatiale. Depuis peu nous collaborons avec la société Saint-Gobain sur l’étude de matériaux d’isolations thermiques, et avec l’ONERA sur les antennes plasmoniques qui visent à améliorer les performances d’imageurs infrarouge. L’image à gauche représente une image tomographique d’un tapis d’isolants fibreux enregistrée par microscopie optique cohérente (OCT) que nous étudions à l’aide de méthodes empruntées aux nanosciences.
REFERENCES (liste complète ici )
[1] Thermal Radiation Scanning Tunnelling Microscopy
Y. De Wilde, F. Formanek, R. Carminati, B. Gralak, P.-A. Lemoine, J.-P. Mulet, K. Joulain, Y. Chen, J.-J. Greffet,
NATURE 444, 740 (2006).
[2] Blackbody spectrum revisited in the near-field
A. Babuty, K. Joulain, P.-O. Chapuis, J.-J. Greffet, Y. De Wilde
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 110, 146103 (2013).
[3] Electromagnetic Density of States in Complex Plasmonic Systems
R. Carminati, A. Cazé, D. Cao, F. Péragut, V. Krachmalnicoff, R. Pierrat, Y. De Wilde
SURFACE SCIENCE REPORTS, 70, 1 - 41 (2015).
[4] Infrared near-field imaging and spectroscopy based on thermal or synchrotron radiation
F. Peragut, J.-B. Brubach, P. Roy, Y. De Wilde
APPLIED PHYSICS LETTERS, 104, 251118 (2014).
[5] Hyperbolic metamaterials and surface plasmon polaritons
F. Peragut, L. Cerruti, A. Baranov,J.P. Hugonin, T. Taliercio, Y. De Wilde, J.J. Greffet
OPTICA, 4, 1409-1415 (2017).
[6] Semiconductor Surface Plasmon Sources
A. Babuty, A. Bousseksou, J.−P. Tetienne, I. Moldovan Doyen, C. Sirtori, G. Beaudoin, I. Sagnes, Y. De Wilde, R. Colombelli,
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 104, 226806 (2010).
[7] In Situ Generation of Surface Plasmon Polaritons Using a Near-Infrared Laser Diode,
D. Costantini, L. Greusard, A. Bousseksou, R. Rungsawang, T. P. Zhang, S. Callard, J. Decobert, F. Lelarge, G.-H. Duan, Y. De Wilde, R. Colombelli,
NANO LETTERS, ISSN : 1530-6984, v. 12, 4693–4697 (2012).
[8] Near-field analysis of metallic DFB lasers at telecom wavelengths,
L. Greusard, D. Costantini, A. Bousseksou, J. Decobert, F. Lelarge, G.-H. Duan, Y. De Wilde, R. Colombelli
OPTICS EXPRESS, ISSN : 1094-4087, v. 21, 10422-10429 (2013).
