La conception de nanostructures optiques repose habituellement sur des géométries simples que les chercheurs modifient ou combinent pour obtenir une propriété particulière. Il est en revanche pratiquement impossible d'imaginer des nanostructures permettant d'optimiser simultanément plusieurs propriétés optiques. Deux équipes toulousaines du Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES, CNRS), et du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS-CNRS, CNRS) proposent une nouvelle approche qui combine un modèle d'optimisation évolutionniste et la simulation numérique de propriétés optiques.

Elle a été appliquée à la conception de nanoantennes de silicium, dont les deux couleurs choisies au départ sont contrôlées par la polarisation de la lumière incidente. Leurs propriétés optiques ont été simulées numériquement, puis les nanoantennes les plus proches des objectifs fixés ont été sélectionnées. Leurs géométries ont ensuite été combinées pour donner naissance à une nouvelle « génération ». Après un grand nombre de générations, les formes optimisées obtenues ont été fabriquées par lithographie par faisceau d'électrons. La caractérisation optique des échantillons a confirmé que ces nanoantennes diffusaient préférentiellement la lumière aux longueurs d'onde prédéfinies. La méthode permet en outre de tenir compte des différentes contraintes de fabrication, comme la taille et la résolution des formes.

Ce travail illustre l'énorme potentiel de l'optimisation évolutionniste appliquée à la photonique et la nano-optique. Il ouvre la voie à la conception de nanostructures complexes optimisées pour plusieurs propriétés optiques : filtrage, diffusion orientée de la lumière, doublage de fréquence…

© CEMES / LAAS / CNRS

Référence de l'article

Evolutionary Multi-Objective Optimisation of Colour Pixels based on Dielectric Nano-Antennas
P. R. Wiecha, A. Arbouet, C. Girard, A. Lecestre, G. Larrieu, and V. Paillard
Nature Nanotechnology (2016)

DOI : 10.1038/nnano.2016.224

Contact

Contacts chercheurs :
Arnaud Arbouet - Chercheur CNRS - CEMES-CNRS
Guilhem Larrieu - Chercheur CNRS - LAAS-NCRS
Vincent Paillard, Professeur Université Toulouse Paul Sabatier - CEMES-CNRS
Peter Wiecha, Doctorant Université Toulouse Paul Sabatier - CEMES-CNRS

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