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SUMMARY:Clément Dumesnil : Détection directe de plasmons polaritons de surface par un détecteur à inductance cinétique
DESCRIPTION:\nLes plasmons polaritons de surface (SPP) sont des candidats prometteurs pour allier nanoélectronique et optique, grâce au confinement sub-longueur d’onde et à leur capacité à être guidés au sein de circuits intégrés. Leurs applications potentielles vont de la transmission de données à haut débit aux technologies quantiques intégrées, même si les pertes ohmiques les cantonnent à des dispositifs compacts et sur de courtes distances. Leur détection a cependant longtemps reposé sur l’optique en champ lointain, soit par fuite radiative dans un substrat de verre, comme dans les expériences de résonance des plasmons de surface, soit par diffusion sur la rugosité du métal plasmonique. Au cours des deux dernières décennies, des progrès ont été réalisés vers la détection électrique des SPP, qui permet une détection directe et intégrée, sans recourir à l’optique en champ lointain. Dans ce travail, nous présentons un nouveau détecteur de SPP intégré, basé sur la technologie des détecteurs à inductance cinétique (KID), des résonateurs micro-ondes supraconducteurs déjà utilisés pour la détection de photons en astronomie. Notre dispositif repose sur des résonateurs hybrides NbTiN/Al quart-d’onde réalisés en guide d’onde coplanaire, dans lesquels l’aluminium joue à la fois le rôle de métal plasmonique et d’absorbeur : les SPP, excités par un réseau de couplage et un laser à 1550 nm, se propagent le long de l’aluminium et sont détectés par le résonateur via la brisure de paires de Cooper et la modification de l’impédance de surface qui en résulte. En tirant parti du multiplexage fréquentiel qu’offrent les résonateurs micro-ondes, plusieurs KID placés à différentes distances du réseau sont sondés simultanément sur une même ligne de lecture, ce qui nous permet de mesurer une longueur de propagation des SPP d’environ 100 μm. Par ailleurs, le balayage d’un laser impulsionnel le long des résonateurs permet une injection de quasiparticules résolue en position dans l’aluminium. La réponse résolue en temps donne alors accès à la dynamique des quasiparticules, à savoir leur recombinaison et leur diffusion, ainsi qu’à la sensibilité spatiale du détecteur, qui suit la distribution de courant du mode résonant. Ce travail offre de nouvelles possibilités expérimentales pour les circuits plasmoniques, comme la caractérisation simultanée de nombreux éléments plasmoniques par multiplexage fréquentiel, et ouvre la voie à l’intégration de dispositifs plasmoniques avec des circuits supraconducteurs fonctionnant à très basse température.\n
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