12 Juillet – Soutenance de thèse - Lorenzo Mauro
14 h30 Amphi 3 / Bâtiment A9 (Université de Bordeaux - campus de Talence)
Réactions chimiques de transfert de charge et discrimination chirale dans les cavités Fabry-Pérot électromagnétiques.
La première partie de la thèse concerne l’étude de la réactivité chimique d’une population de molécules confinées à l’intérieur d’une cavité Fabry-Pérot nanofluidique. En raison de l’interaction forte lumière-matière qui se développe entre un mode résonant de la cavité et le moment dipolaire électrique des molécules confinées, une excitation collective de type « Polariton » est formée. Nous montrons que le Polariton est habillé par un nuage d’excitation environnemental dû aux degrés de liberté vibrationnels et rotationnels du solvant. Nous appelons l’excitation résultante un “Réacton”, car ce dernier est susceptible de réagir chimiquement. Nous caractérisons la modification de cinétique d’une réaction chimique de type photoisomérisation impliquant un processus élémentaire de transfert de charge dû à la formation du Reacton. Nous montrons que l’enthalpie de réaction et l’énergie de réorganisation sont modulées optiquement par la concentration du réactif, le vacuum Rabi splitting, et l’écart entre la fréquence optique de la cavité Fabry-Pérot et la transition électronique ciblée.
Enfin, nous calculons la dynamique pico-seconde de cette réaction de transfert de charge, et prédisons que, malgré les pertes de la cavité optique et les pertes non-radiatives dues au solvant, une signature mesurable par expérience pompe-sonde de la formation du Réacton peut être trouvée.
La deuxième partie est consacrée à l’étude des propriétés optiques de cavités Fabry-Pérot chirales. Un interféromètre Fabry-Pérot rempli de molécules chirales présente un signal de dichroisme circulaire en trans-mission (DCT) bien défini sous illumination normale par une lumière polarisée circulairement. Nous caractérisons cette figure de mérite théoriquement et fournissons une preuve analytique et numérique que les interféromètres Fabry-Pérot traditionnels ne peuvent pas améliorer la réponse chiroptique des molécules, du fait de la conversion de polarisation à chaque réflexion de la lumière sur les miroirs de la cavité. Nous proposons donc de remplacer les miroirs par des métamatériaux diélectriques symétriques par renversement du temps. Cette cavité génère une fenêtre de fréquences pour laquelle l’hélicité des rayons réfléchis est conservée, réalisant de fait une discrimination chirale des modes optiques de la cavité. Les Polaritons générés héritent au voisinage de cette région d’un caractère chiral. Nous montrons que ce dispositif permet de réaliser une mesure de DCT relative jusqu’à deux ordres de grandeur plus sensible que celle obtenue avec une cavité traditionnelle, et peut être utilisé comme dispositif innovant et alternatif pour améliorer le sensing de molécules chirales en cavité.
