Fabrication and characterization of plasmonic patch nanoantennas
Fabrication et caractérisation d'antennes patch plasmoniques
Résumé
In this thesis, we exploit light-matter interaction between a single semiconductor
CdSe/CdS nanocrystal and a plasmonic patch antenna. This work can be divided in two main
parts. We have first characterized the photoluminescence dynamics and spectroscopic signatures
of single nanocrystals at different excitation powers. High quality CdSe/CdS nanocrystals are
single-photon sources at room temperature. Nevertheless, multiexcitonic emission occurs when
two or more excitons are recombining radiatively. We have developed an analytical model which
describes the number of photons emitted by a nanocrystal as a function of the mean number of
excitons created in one excitation pulse. With this model, we can calculate the quantum efficiency
of the bi-exciton recombination. The second part is devoted to the development and optimization
of an optical lithography protocol for patch antennas. We have stablished a protocol that allows
us to couple a thin Au nano-disk above a single nanocrystal in a deterministic way. We have
first fabricated passive nanoantennas in order to study reflectivity spectroscopic properties in the
plasmonic structure. Later on, we have fabricated several active patch nanoantennas coupled with
single CdSe/CdS nanocrystals. We have demonstrated the acceleration of spontaneous emission
thanks to the coupling with the plasmons nanodisk. For some antennas, we have evidenced a
super-poissonian emission signature when a post-processing temporal filter is applied. Finally,
we have evidenced the emission of light partially coherent of one antenna in the proximity of the
metallic square edge.
Nous étudions l’interaction lumière-matière d’un nanocristal CdSe/CdS individuel et
une antenne patch plasmonique. Les études réalisées dans le cadre de ce travail peuvent être
visualisées en deux parties. En première, nous avons caractérisé les propriétés de photoluminescence
d’un nanocristal individuel en termes de la dynamique et la spectroscopie à différents
conditions d’excitation. Les nanocristaux semi-conducteurs sont des sources de photon-unique
à température ambiante. Néanmoins, l’émission multi-excitonique de ces émetteurs est possible
lorsque la recombinaison de deux ou plus excitons devient radiative. Nous avons développé
un modèle analytique qui permet de décrire le nombre de photons émis en fonction du nombre
moyen d’excitons créés par une impulsion laser. Le modèle nous a permis d’estimer le rendement
quantique de la transition bi-excitonique. La deuxième partie est consacrée à l’optimisation d’un
protocole de fabrication d’antennes patch. Nous avons établi un protocole de lithographie optique
qui permettre de coupler un nanodisque d’or avec un nanocristal individuel de manière déterministe.
En première temps, nous avons fabriqué antennes passives afin d’analyser les propriétés de
réflectivité de la structure, puis nous avons fabriqué des antennes couplées à une boite quantique.
Nous avons montré la modification de l’émission spontanée due au couplage avec l’antenne. Nous
avons mis en évidence une émission super-poissonnienne de l’antenne après un filtrage temporel,
ainsi que l’émission de lumière partialement cohérente.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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