Thèse Dispersion Spatiale dans les Matériaux Plasmoniques H/F

Université Clermont Auvergne

Établissement : Université Clermont Auvergne
École doctorale : Sciences Fondamentales
Laboratoire de recherche : Institut Pascal
Direction de la thèse : ANTOINE MOREAU ORCID 0000000312931219
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59

A cause de la répulsion entre porteurs de charge dans des matériaux contenant une forte densité de ceux-ci (métaux nobles, métaux type sodium ou potassium, semi-conducteurs fortement dopés), la réponse électromagnétique de ces matériaux fait intervenir une physique complexe - c'est la dispersion spatiale. On suppose souvent que le seul modèle de Drude est suffisant pour décrire leur réponse, mais il est maintenant très clair que ça n'est pas le cas [1]. C'est particulièrement vrai pour les semi-conducteurs dopés, autour de leur fréquence plasma: on voit expérimentalement des résonances liées à la propagation d'ondes dans un gaz d'électron, ces ondes étant permises par la répulsion entre électrons. On peut même arriver à mesurer de cette façon la seconde viscosité du gaz d'électron. Ces travaux récents, menés dans l'équipe, soulèvent de nouvelles questions[2].

Que se passe t'il dans les matériaux contenant des gaz de trous, donc dopés «p»? Des équipes du C2N savent les fabriquer avec une grande précision, et ils montrent des résonances équivalentes. Il faudrait savoir si les gaz de trous présentent les mêmes caractéristiques que les gaz d'électrons.

Les semi-conducteurs fortement dopés sont très utilisés pour créer des détecteurs dans le moyen infra-rouge, souvent en utilisant des résonances plasmoniques[3]. Or celles-ci peuvent être très sensible à la dispersion spatiale[4]. Nous avons des données qu'il est difficile d'expliquer avec seulement le modèle de Drude. Cela laisse penser que toutes les simulations dans ce domaine devraient prendre aussi en compte la dispersion spatiale. Il reste à le prouver en quantifiant précisément son importance. Là encore, des données expérimentales sont disponibles, qu'il faudrait exploiter.

On manque, de plus, cruellement d'intuition concernent les dispositifs ou les multicouches incorporant même de très fines couches de matériaux plasmoniques, près de leur fréquence plasma ou un peu au dessus. Il faut probablement mettre au point de nouvelles façons de les comprendre, au-delà de ce qui se fait habituellement pour les structures multi-couches. C'est peut-être un moyen de concevoir de nouveaux dispositifs particulièrement compacts, avec des propriétés que les multicouches diélectriques ne présentent pas, dans des domaines de longueur d'onde où on manque justement de dispositifs.

Enfin, un certain nombre de questions très fondamentales se posent, notamment sur le caractère dispersif de la seconde viscosité des électrons[2], ou bien même de la raison de son existence, qui est probablement à rechercher dans leur interaction avec le réseau des atomes.

La dispersion spatiale dans les matériaux plasmoniques est intéressante.