Super absorbers

: a metamaterial approach

Résumé

L’absorption électromagnétique est de première importance dans une série d’applications de la vie quotidienne, que ce soit dans les dispositifs photovoltaïques ou photothermiques ou encore afin de réduire la pollution électromagnétique émanant d’un nombre important d’émetteurs dans notre environnement.
L’absorption électromagnétique pose la question fondamentale suivante : « Comment est-il possible de concevoir un matériau capable de piéger toute la radiation électromagnétique incidente, de la façon la plus efficace possible ? »
Cette thèse vise à fournir des réponses à cette question. Pour ce faire, plusieurs dispositifs photoniques sont à l’étude.
La première approche est l’utilisation des métamatériaux. Une structure composée de métaux et de matériaux diélectriques est étudiée profitant du caractère dissipatif des métaux dans le visible, ainsi que de la manipulation de résonances plasmoniques. Ce dispositif est capable d’absorber la radiation électromagnétique sur une gamme allant de 0.2 µm à 5.8 µm avec une absorption intégrée sur cette gamme valant 98%.
La seconde approche utilise les propriétés de conductivité du graphène dans le domaine des GHz. Grâce à ses propriétés électriques, les hétérostructures composées de graphène et de polymères sont capables d’absorber jusqu’à 50% de la radiation incidente une fois que les conditions d’ajustement d’impédance sont respectées. L’électrodynamique de systèmes bidimensionnels conducteurs est étudiée, ainsi que l’indice de réfraction de matériaux 2D. Les formules de Fresnel sont généralisées pour le cas de matériaux 2D conducteurs.
Finalement, des structures hybrides graphène-métamatériaux sont considérées afin de réaliser une absorption électromagnétique parfaite. L’activité de génération de seconde harmonique d’un tamis à photon en or recouvert de graphène est examinée, ainsi que ses propriétés d’absorption. Une hétérostructure composée de graphène et de polymères reposant sur un substrat constitué d’une métamatériau de permittivité proche de zéro est également capable d’atteindre l’absorption électromagnétique parfaite, sous certaines conditions.
Ce travail de thèse de doctorat résulte donc en une variété d’approches nouvelles pour répondre à la question fondamentale de l’absorption électromagnétique.

la date de réponse	25 nov. 2016
langue originale	Anglais
L'institution diplômante	Universite de Namur
Superviseur	Luc Henrard (Promoteur), Olivier Deparis (Copromoteur), Robert Sporken (Président), Philippe Lambin (Jury), Benoit Hackens (Jury) & Philippe Tassin (Jury)