Que se passe-t-il lorsque vous excitez de nouveaux assemblages de nanomatériaux à l'aide de la lumière structurée ? Des recherches conjointes entre l'Université de technologie de Tampere (TUT) (Finlande) et l'Université de Tübingen (Allemagne) ont montré qu'une lumière soigneusement structurée et des arrangements correspondants de nanostructures métalliques (appelés "oligomères plasmoniques") peuvent être combinés pour modifier les propriétés de la lumière générée à l'échelle nanométrique. En particulier, les équipes ont montré que l'efficacité des champs optiques non linéaires (e.g., secondes harmoniques) générées à partir des oligomères est fortement influencée par la façon dont les constituants de l'oligomère sont disposés dans l'espace et comment ces constituants sont illuminés par la lumière structurée.

Les processus optiques non linéaires constituent la base de fonctionnalités importantes en photonique, comme la conversion de fréquence de la lumière, génération d'impulsions lumineuses ultracourtes, ainsi que le traitement et la manipulation optique. De nouveaux progrès dans ce domaine devraient être alimentés par la synthèse de nouveaux nanomatériaux dotés de propriétés optiques personnalisables et par de nouvelles approches pour coupler efficacement la lumière dans ces nanomatériaux. A cette dernière fin, faisceaux lumineux aux polarisations non conventionnelles, lumière dite structurée, devraient être cruciaux.

Afin de démontrer ces capacités, les auteurs ont conçu et fabriqué des assemblages de nanotiges d'or avec des dimensions et des orientations bien définies telles que leur taille globale correspond à la taille d'un faisceau laser focalisé, c'est à dire., environ 1 micron. Pour étudier la réponse non linéaire de ces oligomères plasmoniques, les auteurs ont utilisé une nouvelle technique de microscopie optique, qui est équipé de faisceaux structurés en polarisation. Plus précisement, les auteurs ont utilisé des faisceaux vectoriels cylindriques à polarisation radiale et azimutale qui présentent des états de polarisation non uniformes à travers la section transversale du faisceau.

"Les travaux antérieurs sur les effets optiques non linéaires dans les oligomères plasmoniques ont été basés sur l'utilisation d'ondes planes ou de faisceaux focalisés avec des, c'est à dire., uniforme, états de polarisations. Ici, nous avons utilisé un microscope optique non linéaire équipé de faisceaux structurés en polarisation en forme de beignet pour étudier de tels oligomères. Nous avons constaté que l'efficacité globale des effets optiques non linéaires de ces structures est fortement affectée par la structure spatiale du faisceau et les interactions collectives supportées par l'oligomère. Nous espérons que nos travaux susciteront davantage d'intérêt pour l'étude et la manipulation des effets optiques non linéaires dans de nouveaux systèmes à l'échelle nanométrique à l'aide de faisceaux d'excitation non conventionnels », a déclaré le Dr Godofredo Bautista, chercheur postdoctoral au Groupe Optique Non-linéaire du Laboratoire de Photonique du TUT et co-auteur de l'ouvrage.

Professeur Martti Kauranen, chef du groupe d'optique non linéaire et du laboratoire de photonique, qui a supervisé les recherches à la TUT, précise que « Au-delà des effets non linéaires étudiés dans le présent travail, nos résultats montrent en général à quel point il est important d'adapter le faisceau optique incident afin de coupler efficacement la lumière dans des nanostructures complexes."

Professeur Monika Fleischer, responsable du Plasmonic Nanostructures Group à l'Université de Tübingen et co-auteur, qui a supervisé la recherche à l'Université de Tübingen, ajoute :« La nanotechnologie fournit des outils de haute précision qui nous permettent d'adapter des arrangements de nanostructures métalliques, aussi appelées antennes optiques, avec des propriétés prédéfinies. De cette façon, des interactions spécifiques avec des faisceaux laser non conventionnels peuvent être ciblées, et les intensités globales du signal peuvent être maximisées. » Les chercheurs pensent que leurs résultats seront utiles dans la conception et la mise en œuvre de nouveaux types de composants optiques et de techniques de caractérisation qui utilisent des champs optiques non conventionnels.