Flash Info
Publication du programme PAUSE – ANR Ukraine pour l’accueil de scientifiques ukrainiens et ukrainiennes dans des laboratoires français
CE24 - Micro et nanotechnologies pour le traitement de l’information et la communication

Surface PhoXonique Aléatoire – RANDOM

RANdom

Random PhoXonic Surface

The project RANDOM proposes to set a mathematically controlled disorder in a system of dual electromagnetic and acoustic resonators on a surface

discover new photonic and phononic physical behaviors in relation with a random distribution controlled by mathematical rules (order/disorder transition, hyperuniformity, percolation paths, Anderson type localization), (ii) to co-localize photons and phonons on randomly distributed sites and to enhance their optomechanical interaction, (iii) to develop a time resolved pump-probe acousto-optic near-field microscope for phoXonic experiments and (iv) to propose an OM component operating at the telecom wavelength consisting in an acoustic, optical and OM stamping of the phoXonic surface.

- Numerical simulation, time domain (FDTD, Finite Difference Time Domain) and frequency domain (FE, Finite Element) techniques.
- Mathematical approach controlled using statistical laws.
- Fabrication of the random surfaces we will take benefit of the IEMN cleanroom facilities
- optical far field and near field characterizations
- hyperspectral high resolved microscopy techniques

les WPs ont avancé conformément au diagramme de Gantt défini dans le projet. Cette période a permis une mise en place des études optiques, acoustiques et optomécaniques et les premiers résultats sont en cours d’analyse. Du point de vue concept, le désordre a été introduit mathématiquement (partenaire LPP) et la notion d’hyperuniformité versus périodicité et RANdom est apparue comme une démonstration élémentaire à mettre en évidence et à relier à des propriétés physiques (optique, acoustiques). Ce type de désordre, lié à la notion d’écart type sur les positions des résonateurs, représente un lien entre les WPs et sera commun à l’ensemble des partenaires. Du point de vue numérique, les codes numériques par éléments finis montrent leurs limites temporelles et de mémoire dans les calculs de réponses spectrales des surfaces RANdom de plus de 200 résonateurs. Pour dépasser cette difficulté, des codes de calcul analytiques ont été développés par le partenaire iemn/ephoni. Le choix des matériaux a été fait pour répondre au mieux aux exigences expérimentales acoustiques et optiques tout en conservant les objectifs. En optique (ICB), la géométrie reste des particules métalliques sur un substrat diélectrique et un plan de masse métallique (Au). Pour l’acoustique (INSP), les premières études sont faites à partir de piliers d’Al déposées sur un substrat d’Al. Les paramètres géométriques ont été étudiés par simulation (IEMN Dome, IEMN Ephoni) et la fabrication des premiers échantillons a été réalisée.

The first samples will be characterized in optic and acoustic, separately. The concordence with the simulation will be done.
Three scenaries will be adressed in the following months from a mathematical definition of the hyperuniformity.
3 scenari will be take as an issue: characterize the level of disorder from periodic , hyperuniform and random.

• Surface Acoustic Waves-Localized Plasmon Interaction in Pillared Phononic Crystals, A. Noual, R. Akiki, Y. Pennec, E. H. El Boudouti, and B. Djafari-Rouhani, Phys. Rev. Applied 13, 024077 2020
• Saturable Metasurfaces for Laser Mode Locking J. Wang, A. Coillet, O. Demichel, Z. Wang, D. Rego, A. Bouhelier, P. Grelu & B. Cluzel, Light: Sciences & Applications 9, 50 (2020)
• Akiki, R., Pennec, Y., Noual, A., Lheurette, E., Bonello, B., Djafari Rouhani, B. 2021, Evanescent Coupling between Aluminum Pillars, The fifteenth International Congress on Artificial Materials for Novel Wave Phenomena, New York, 20-25 September.

Avec le projet RANDOM nous proposons d’étudier un désordre de position, contrôlé mathématiquement, de résonateurs électromagnétiques (EM) et acoustiques sur une surface pour (i) découvrir de nouveaux comportements physiques phononiques et photoniques en relation avec une distribution aléatoire contrôlée par des lois mathématiques (transition ordre / désordre, hyperuniformité, chemin de percolation, localisation de type Anderson), (ii) co-localiser les photons et les phonons et améliorer exalter leur interaction optomécanique (OM), (iii) réaliser expérimentalement un microscope à champ proche acousto-optique pompe-sonde résolus spatialement et temporellement et (iv) proposer un composant OM fonctionnant aux longueurs d'onde télécom consistant en une représentation acoustique, optique et OM de la surface. RANDOM permettra de produire un codage complexe à base de motifs aléatoires avec de nombreux degrés de liberté utilisables pour le codage de l’information.

La géométrie du composant résultant de RANDOM repose sur des piliers d'or nanométriques dispersés sur un substrat multicouche (SiO2/Au/Si). Les piliers permettent de confiner simultanément les ondes EM et élastiques. Nous proposons d'étudier avec cette structure phononique/photonique (phoXonique) les effets de distribution des résonateurs, rigoureusement contrôlée par des lois de probabilité, sur la localisation à l’échelle de quelques nanomètres, les phénomènes de transport et les interactions OM entre des ondes EM et élastiques. Numériquement, nous utiliserons des techniques de résolution des équations différentielles dans les domaines temporel et fréquentiel pour effectuer les calculs de courbes de dispersion, de spectres de transmission, de réflexion et d'absorption, connaître la distribution des champs, la densité d'états et les valeurs propres de la structure désordonnée. La distribution spatiale des résonateurs sera définie à partir de processus mathématiques et statistique, comme les processus de Poisson ou de Gibbs. L'analyse théorique sera s’appuiera sur des expériences principalement basées sur l’acoustique picoseconde (côté élastique) et la microscopie optique à haute résolution et la spectroscopie FTIR (côté EM). Enfin, nous allons démontrer les propriétés d’un nouveau composant OM, appelé code OM-QR, basé sur la lecture optique (la réponse) d'une onde mécanique (le message) via le couplage OM. Avec une telle fonctionnalité, nous pourrons définir une image non codée de la distribution aléatoire.

En tant que tel, RANDOM va au-delà de l'état actuel des connaissances en ce qui concerne (i) les études fondamentales à la fois théoriques et expérimentales en OM sur les cristaux phononiques, photoniques et phoXoniques, (ii) le développement instrumental, avec la réalisation d'un microscope à pompe sonde acousto-optique résolue en temps, et (iii) la science appliquée avec la démonstration d’un nouveau composant OM pour le codage de l’information. Le projet s’appuie sur un consortium multidisciplinaire de quatre partenaires complémentaires dans les domaines de la simulation numérique, de l'acoustique, de l'optique et des mathématiques. Avec une longueur d'onde de 1,55 µm, correspondant à des phonons GHz et des photons autour de 180 THz, RANDOM offre de nouvelles perspectives de recherche et d'applications dans le domaine de l'information et de la communication.

Coordinateur du projet

Monsieur Yan Pennec (Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IEMN Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie
LPP Laboratoire Paul Painlevé
ICB LABORATOIRE INTERDISCIPLINAIRE CARNOT DE BOURGOGNE - UMR 6303
INSP Institut des nanosciences de Paris

Aide de l'ANR 617 934 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2019 - 48 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter