29 Mai – Soutenance de thèse - Stéphane Coudert

13 h30 Salle du conseil - Laboratoire CELIA (domaine du Haut-Carré/ Talence)

Modélisation de la dynamique plasmon-electron-phonon dans des nano-structures métalliques.

L’émergence et les développements récents de structures métalliques permettant de confiner la lumière dans des dimensions nanométriques ont ouvert la voie à des applications telles que la nanophotonique, la photocatalyse, les traitements contre le cancer ou encore le photovoltaïque. Les résultats associés aux processus de photoexcitation et de transfert de charge sont considérés par les communautés comme décevants. Il est donc nécessaire d’acquérir une compréhension plus approfondie des phénomènes physiques impliqués dans ces types de structures, des points de vue expérimental et théorique. Dans ce contexte, l’équipe de Stefan Dilhaire au LOMA développe des méthodes et des dispositifs expérimentaux de type pompe-sonde permettant d’accéder à des informations sur la température électronique de ces structures avec une résolution spatiale optique et une résolution temporelle de l’ordre de 100 fs. Les dispositifs et protocoles qui ont été mis en place ont permis notamment de mettre en évidence le confinement adiabatique de plasmons5 de surface et la production d’électrons chauds dans la zone de confinement.
Le travail que nous présentons ici est un travail théorique en forte adéquation et confronté à des résultats d’expériences qui a pour but de mieux comprendre la nature des processus de génération et de relaxation ultra-rapides de porteurs chauds dans les métaux. Nous avons développé un code basé sur la résolution de l’équation de Boltzmann pour les électrons et les phonons, qui prend en compte,la diffusion des électrons par les phonons et l’absorption de photons assistée par phonons. Nous montrons l’importance des processus de diffusion Umklapp dans les processus d’absorption tant via les collisions électron-électron que les collisions électron-phonon. Nous avons pu mettre en évidence la non linéarité du signal de thermoréflectance avec l’énergie déposée par le modèle de Rosei couplé à la résolution de l’équation de Boltzmann et ainsi avons pu relier de manière quantitative les signaux de thermoréflectance à la modélisation. Enfin, à l’aide d’une approche de type Pn, nous résolvons numériquement l’équation de Boltzmann à une dimension spatiale pour les électrons, ce qui nous permet de traiter le transport ultra-rapide sur des dimensions spatiales allant du régime balistique (~10 nm) à des dimensions de plusieurs centaines de nanomètres tout en mettant en évidence l’effet des porteurs chauds photo-induits sur la dynamique du transport ultrarapide. Ce travail de modélisation nous permet de modéliser les résultats expérimentaux obtenus au LOMA ainsi que des résultats expérimentaux de la littérature.

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