Développement et simulation de méta-atome de métasurfaces non-linéaire

Le domaine des ondes électromagnétiques Térahertz (THz), avec des fréquences allant de 300 GHz à 10 THz, suscite un grand intérêt grâce à ses nombreuses applications, telles que l'imagerie et les télécommunications sans fil à très haut débit. Ces ondes THz se situent à la frontière entre les domaines de l'électronique et de la photonique dans le spectre électromagnétique (EM). L'énergie des photons dans cette gamme de fréquences est considérablement inférieure à celle de la lumière visible et de l'infrarouge proche. En conséquence, manipuler, contrôler et détecter ces ondes demeure un défi important, en partie parce qu'il y a un manque significatif de matériaux naturels capables d'interagir efficacement avec ces ondes. Les métasurfaces, qui sont des structures bidimensionnelles de métamatériaux, présentent des propriétés EM allant au-delà de celles des matériaux naturels. Elles offrent une solution prometteuse pour combler le "gap" THz tout en proposant une variété de fonctionnalités.

Le résonateur à anneau fendu (Split Ring Resonator ou SRR) est l'un des méta-atome de métasurfaces les plus connus. Le gap constitue une barrière au courant circulant. Le champ EM incident peut se coupler à des excitations de porteurs confinés dans la structure, ce qui peut engendrer des effets non linéaires très complexes. Les réponses non linéaires du matériau dépendent des détails de la microstructure (taille, indice de réfraction, forme, etc.) et du substrat sur lequel il est posé, ouvrant ainsi des possibilités de contrôle de la lumière à l'échelle micrométrique. Le renforcement du champ dans le gap permet d’accentuer de manière significative les processus non linéaires souvent associés au matériau semi-conducteur servant de substrat. En effet, les effets non linéaires requièrent un champ électrique local très intense !"

Dans ce projet, nous nous intéressons aux nouveaux effets non linéaires utiles pour la cryptographie de l’information. L’objectif est de développer des simulations en environnement électromagnétique (EM) pour étudier les effets non linéaires d’un méta-atome (simple ou couplé) de métasurface, piégé par une non-linéarité de type Kerr et exposé à une onde plane de fréquence THz. Nous espérons identifier les conditions physiques réelles permettant d'étudier des effets tels que la multistabilité et le chaos.