Projet BERNARDO
© Ella Maru Studio
Connecter la chiralité optique en champ proche et en champ lointain grâce aux outils de la nanophotonique
Mots-clés
Chiralité ; Nanophotonique ; Nanostructures ; Champ proche optique ; Spectroscopie électronique ; Photocourant ; Polarimétrie ; Densité de spin optique
Résumé
Les interactions chiroptiques, qui décrivent les effets spécifiques liés à la polarisation circulaire de la lumière interagissant avec des matériaux chiraux, sont au coeur de nombreuses avancées en physique, chimie et biologie. Elles jouent un rôle essentiel dans des domaines tels que la reconnaissance biomoléculaire, les matériaux optiquement actifs ou encore l’émission de lumière polarisée. Cependant, à l’échelle nanométrique, ces interactions restent mal comprises, en particulier lorsqu’il s’agit de relier les phénomènes observés dans le champ proche et le champ lointain. Il est souvent supposé, à tort, qu’une forte réponse chiroptique dans le champ lointain implique nécessairement une forte chiralité dans le champ proche. Cette simplification néglige des phénomènes complexes tels que la chiralité cachée, où des effets forts en champ proche ne se manifestent pas dans le champ lointain.
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Pour surmonter ces limitations, une meilleure caractérisation des observables de la chiralité est indispensable. Ces métriques, comme la densité de chiralité optique, la densité de spin optique ou encore les différents éléments de la matrice de Mueller, permettent de quantifier et de contrôler les interactions lumière-matière aux différentes échelles spatiales. Le projet BERNARDO vise à répondre à ce défi en concevant des nanostructures optimisées pour maximiser ces observables et en établissant des liens fondamentaux entre les phénomènes de chiralité dans les régimes champ proche et champ lointain.
Pour atteindre ces objectifs, BERNARDO s’appuie sur des approches théoriques, numériques et expérimentales innovantes. La conception des nanostructures repose sur des outils avancés tels que des algorithmes génétiques et des simulations numériques pour optimiser des propriétés spécifiques de chiralité. Sur le plan expérimental, le projet mobilise une combinaison unique de techniques expérimentales, incluant la spectroscopie électronique (EELS, cathodoluminescence), la micropolarimétrie spectroscopique, et la microscopie en champ proche pour cartographier les interactions chirales à l’échelle nanométrique. Ces outils permettent non seulement de mesurer les propriétés optiques des nanostructures, mais aussi d’explorer des mécanismes encore peu étudiés, tels que l’impact des points chauds chiraux sur l’émission d’émetteurs quantiques.
En fédérant cinq laboratoires aux expertises complémentaires, le projet réunit des compétences en nanophotonique, spectroscopie électronique, fabrication de nanostructures et modélisation théorique. Cette collaboration interdisciplinaire permettra de relever des défis scientifiques majeurs tout en développant des outils et des concepts susceptibles d’avoir un impact dans des domaines variés, de l’optoélectronique aux biotechnologies. En plus de fournir une meilleure compréhension des mécanismes fondamentaux des interactions chiroptiques, BERNARDO ambitionne de contribuer à des avancées technologiques significatives, notamment via à des innovations méthodologiques et au développement d’outils expérimentaux et de codes en open source.
Consortium
L2n • Troyes
Unité de Recherche Lumière, nanomatériaux et nanotechnologies
Davy Gérard, Renaud Bachelot, Jérôme Plain, Jérémie Béal
INSP • Paris
Institut des NanoSciences de Paris
Bruno Gallas, Mathieu Mivelle, Maria Sanz-Paz, Yoann Prado
LPS • Orsay
Laboratoire de Physique des Solides
Mathieu Kociak, Luiz Tizei
ICB • Dijon
Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne
Alexandre Bouhelier, Benoît Cluzel, Gérard Colas Des Francs, Kamal Hammani, Erik Dujardin, Laurent Markey, Juan Arocas, Florian Dell’Ova
IFM • Marseille
Institut Fresnel
Nicolas Bonod, Guillaume Demesy
Publications
Documents récupérés de l'archive ouverte HAL 
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