Thématique “Nano-Optics Group”

Nano-Optics Group

• Présentation
• Thèmes de recherche
• Publications

Présentation: spectroscopie et piégeage optique

Spectroscopie: Les activités de recherche de la thématique NOG (Nano Optics Group), située à l’interface entre la Matière Condensée et la Photonique, se placent dans le domaine de la physique des nanomatériaux et de la nanophotonique. Elles sont principalement orientées sur l’étude des propriétés optiques des nanosystèmes métalliques, semi-conducteurs ou hybrides. Les mesures optiques menées donnent accès à différentes informations sur les nanosystèmes étudiés : sur leurs propriétés électroniques, vibrationnelles, électromagnétiques, ou quantiques. Bien que fondamentales, nos études ont de nombreux liens avec la recherche appliquée. Les nanosystèmes étudiés présentent des applications dans le domaine de la nano-médecine (les particules servent de capteur (« biosensing »), de marqueur pour l’imagerie (« bioimaging ») ou participent au transport ciblé de principes actifs dans l’organisme « drug delivery »), dans le domaine de la nano-optique (guidage de la lumière à l’échelle sub-longueur d’onde pour le transfert d’énergie électromagnétique) et le domaine de la nano-mécanique (la compréhension de propriétés acoustiques permettent d’envisager le transport d’énergie thermique et mécanique à l’échelle nanométrique). L’extension des connaissances fondamentales sur les blocs constitutifs (nanoparticules) est indispensable à la poursuite de progrès dans de nombreux domaines émergents des nanotechnologies et l’optique fait partie des outils les plus appropriés pour y parvenir.

Piégeage optique: Les travaux pionniers d’Ashkin (prix Nobel de physique en 2018), dans les années 70-80, sur le contrôle optique et la manipulation de particules diélectriques ont conduit à des avancées majeures en physique des atomes froids et en biophysique. En focalisant fortement un faisceau laser, Ashkin montra comment piéger une particule dans l’eau en utilisant la force de gradient de l’intensité laser [1]. De manière surprenante, c’est seulement récemment que la force de gradient a été utilisée pour piéger des particules diélectriques dans le vide [2, 3], conduisant à des propositions d’expériences impressionantes dans la mesure de forces ultra-faibles et dans les tests des fondements de la mécanique quantique [4–5].

Le comportement quantique à température ambiante peut émerger lorsque la particule est suffisamment isolée de son environnement. En principe, le mouvement de centre de masse d’une nanoparticule en lévitation peut être refroidie optiquement jusqu’à son état quantique fondamental vibrationnel. Ce système constitue un example extrême d’isolation environnemental car le mouvement de centre de masse est naturellement découplé de ses degrés de liberté internes en plus d’être mécaniquement isolé par lévitation. Dans ce cas les taux de décohérence et de chauffage sont fondamentalement limités par le recul des photons diffusés. Notre projet vise à être à l’avant-garde de l’étude et de la manipulation des particules en lévitation, y compris des techniques expérimentales, des avancées technologiques et des idées théoriques. Notre but est d’utiliser une nanoparticule diélectrique comme un senseur de son environnement, d’étudier la physique statistique hors-équilibre (voir nos travaux [6, 7]), la physique de la matière molleet d’approcher le régime quantique mésoscopique.

[1] A. Ashkin, A. OpƟcal Trapping and ManipulaƟon of Neutral ParƟcles Using Lasers, World Scientific Publishing(2006) and references therein.

[2] T. Li, S. Kheifets, and M.G. Raizen, Nature Physics7, 527 (2011).

[3] J. Gieseler, B. Deutsch, R. Quidant, and L. Novotny, Phys. Rev. Lett. 109, 103603 (2012).

[4] A. Arvanitaki and A. Geraci, Phys. Rev. Lett. 110, 071105 (2013).

[5] A. B. K. Lochan, S. Satin, T. Singh, and H. Ulbricht, Rev. Mod. Phys. 85, 471 (2013).

[6] Y. Amarouchene, M. Mangeat, B. Vidal Montes, L. Ondic, T. Guérin, D.S. Dean and Y. Louyer, Nonequilibriumdynamics induced by scattering forces for optically trapped nanoparticles in strongly inertial regimes, Phys. Rev.Lett. 122 (2019) 183901.

[7] M. Mangeat, Y. Amarouchene, Y. Louyer, T. Guérin and D.S. Dean, Role of nonconservative scattering forces and damping on Brownian particles in optical traps, Phys. Rev. E 99 (2019) 052107

Thèmes de recherche :

• Electron-phonon interactions in small nanoparticles (<2nm)
• Coupling between silver nano-columns and their local environment
• Femtosecond spectroscopy of bimetallic Au-Ag alloy and core-shell clusters
• High frequency vibrational modes in gold nano-bipyramids
• Acoustic vibrations of coupled gold nano-dimers
• Dark field and atomic force microscopies of coupled plasmonic particles
• Impulsive Stimulated Raman Scattering : ultrafast optic response and vibrational modes in glasses
• Investigations on charge transfer in ZnO-Ag hybrids
• Optical trapping of nanoparticles
• Photoluminescence spectroscopy of quantum dots and nano-hybrids

Publications

Publications récentes des membres :

♦ Maxime Lavaud, Thomas Salez, Yann Louyer, and Yacine Amarouchene,
“Surface force measurements using Brownian particles”
arXiv:2012.05512v1, under review.

♦ Philippe Tamarat, Lei Hou, Jean-Baptiste Trebbia, Abhishek Swarnkar, Louis Biadala, Yann Louyer, Maryna I. Bodnarchuk, Maksym V. Kovalenko, Jacky Even, and Brahim Lounis, “The dark exciton ground state promotes photon-pair emission in individual perovskyte nanocrystals”
Nature Communications 11 (2020) 6001.

♦ Yacine Amarouchene, Matthieu Mangeat, Benjamin Vidal Montes, Lukas Ondic, Thomas Guérin, David S. Dean, and Yann Louyer
“Nonequilibrium dynamics induced by scattering forces for optically trapped nanoparticles in strongly inertial regimes”
Phys. Rev. Lett. 122 (2019) 183901.

♦ Matthieu Mangeat, Yacine Amarouchene, Yann Louyer, Thomas Guérin, and David S. Dean
“Role of nonconservative scattering forces and damping on Brownian particles in optical traps”
Phys. Rev. E 99 (2019) 052107.

♦ Julien Burgin, S.Si, M.-H. Delville and J.-P. Delville,
“Enhancing optofluidic actuation of micro-objects by tagging with plasmonic nanoparticles”
Optics Express 2014, 22, 10139-10150

♦ Sébastien Vidal, Jérôme Degert, Marc Tondusson, Eric Freysz, Jean Oberlé,
Optimized terahertz generation via optical rectification in ZnTe crystals.
J. Opt. Soc. Am. B 31, 149-153 (2014).

♦ Benoit Dacosta Fernandes, Aurélie Le Beulze, Fabien Moroté, Jean Oberle, Mona Tréguer-Delapierre, Julien Burgin, and Pierre Langot
Electon-Phonon Scattering in 2D Silver Nano-Triangles
J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 22041–22045

♦ Benoît Dacosta Fernandes, Miguel Spuch-Calvar, Hatim Baida, Mona Tréguer-Delapierre, Jean Oberlé, Pierre Langot, and Julien Burgin,
Acoustic Vibrations of Au Nano-Bipyramids and their Modification under Ag Deposition : a Perspective for the Development of Nanobalances.
ACS Nano 2013, 7, 7630-7639

♦ M. J. Fernée, C. Sinito, Y. Louyer, P. Tamarat, and B. Lounis
The ultimate limit to the emission linewidth of single nanocrystals
Nanotechnology 24 (2013) 465703

♦ Anna Lombardi, Matthieu Loumaigne, Aurélien Crut, Paolo Maioli, Natalia Del Fatti and Fabrice Vallée, Miguel Spuch-Calvar, Julien Burgin, Jérome Majimel, and Mona Tréguer-Delapierre,
Surface Plasmon Resonance Properties of Single Elongated Nano-objects : Gold Nanobipyramids and Nanorods.
Langmuir 2012, 28, 9027-9033

♦ M .Tondusson, J. Degert, F. Couchot, X. Sarrazin, M. Urban, J. Oberlé, E. Freysz,
Group index determination by pulse delay measurements and dispersion study in the zero dispersion region of fused silica,
J. Opt. Soc. Am. B 29, 2797-2802 (2012).

♦ Julien Burgin, Ileana Florea, Jérôme Majimel, Adam Dobri, Ovidiu Ersen and Mona Treguer-Delapierre,
3D morphology of Au and Au@Ag nanobipyramids.
Nanoscale 2012, 4, 1299-1303

♦ M. J. Fernée, C. Sinito, Y. Louyer, C. Potzner, T.-L. Nguyen, P. Mulvaney, P. Tamarat, and B. Lounis
Magneto-optical properties of trions in non-blinking charged nanocrystals reveal an acoustic phonon bottleneck
Nature Communications 2012, 3, 1287

article ayant donné lieu à une Actualité Scientifique du CNRS en 2013

♦ M. J. Fernée, T. Plakhotnik, Y. Louyer, B.N. Littleton, C. Potzner, P. Tamarat, P. Mulvaney, and B. Lounis
Spontaneous spectral diffusion in CdSe quantum dots
Journal of Physical chemistry Letters 3 (2012) 1716.

♦ M. J. Fernée, Y. Louyer, P. Tamarat, and B. Lounis
Comment on « Spin-flip limited exciton dephasing in CdSe/ZnS colloidal quantum dots »
Phys. Rev. Lett. 109 (2012) 229701

♦ Zıdek K., Pelant I., Trojanek F., Maly P., Gilliot P., Hönerlage B., Oberle J., Siller L., Little R., Horrocks B.R.,
Ultrafast stimulated emission due to quasidirect transitions in silicon nanocrystals
Physical Review B 84, 8, 085321 (2011).

♦ S. Vidal, J. Degert, J. Oberlé, E. Freysz,
Impact of dispersion, free carriers and two-photon absorption on the generation of intense THz pulses in ZnTe crystals
Appl. Phys. Lett. 98, 191103 (2011).

♦ Y. Louyer, L. Biadala, J.-B. Trebbia, M. J. Fernée, P. Tamarat, and B. Lounis
Efficient Biexciton Emission in Elongated CdSe/ZnS Nanocrystals
Nano Letters 2011, 11, 4370.

♦ Julien Burgin, Véronique Jubera, Hélène Debéda, Benoit Glorieux, Alain Garcia, Claude Lucat,
Screen-printed phosphor coatings for white LED emission.
Journal of Materials Science 2011, 46, 2235–2241