Soutenance de thèse de Yasset ABDOUL HALIDOU

                 « Rectenna optique : Etude de nanoantennes plasmoniques associées à  des diodes ultra-rapides pour convertir la lumière en électricité.

Modélisation, Simulations numériques et études expérimentales »

Yasset ABDOUL HALIDOU, IM2NP

Soutenance de thèse, le 3 mars 2026 à 10H00, Salle des thèses, Campus Saint-Jérôme

Résumé

Aujourd’hui, les technologies photovoltaïques constituent le principal moyen de conversion de la lumière en électricité. Cependant, leur fonctionnement repose sur l’absorption des photons et reste limité par la bande interdite des matériaux semiconducteurs. Une solution prometteuse pour pallier ces contraintes est l’émergence des dispositifs optoélectroniques de type rectenna. Conceptualisées dans les années 1960 pour les fréquences micro-ondes, les rectennas exploitent les propriétés ondulatoires de la lumière et permettent de convertir une onde électromagnétique en courant continu (DC) via une diode redresseuse. Dans ce travail, nous avons développé des nanoantennes patch capables de coupler des modes plasmons de « gap » au sein de nanocavités fabriquées par une approche de type  « bottum-up » d’auto-assemblage utilisant des nanocubes d’or et d’argent. Ces derniers sont associés à des diodes moléculaires ultra-rapides pour convertir les ondes électromagnétiques incidentes en un signal électrique. L’ensemble de cette étude s’inscrit dans le cadre du projet de l’agence nationale de la recherche ANR PlasMORE-Light.

Des simulations électromagnétiques ont été menées à l’aide des logiciels commerciaux Lumerical FDTD et COMSOL Multiphysics. Une attention particulière a été portée au confinement des plasmons de cavité ainsi qu’à l’influence de la géométrie des nanocubes sur les résonances plasmoniques. Une innovation centrale de ce travail repose sur la modélisation analytique des résonances de cavité plasmonique à partir des équations de Maxwell. Les calculs théoriques ont été confrontés aux simulations numériques ainsi qu’aux spectres de diffusion expérimentaux, montrant une bonne concordance et validant ainsi le modèle proposé. 

Des dispositifs intégrant des diodes moléculaires ultra-rapides au sein des nanocavités plasmoniques ont été développés. Les diodes moléculaires, constituées de monocouches auto-assemblées de molécules (SAMs) sur substrats métalliques, assurent à la fois la fonction d’élément électronique actif et celle de support mécanique pour les nanocubes métalliques. Les propriétés électriques des SAMs ont été caractérisées à l’aide d’un dispositif à électrode en métal liquide développé au laboratoire IM2NP, ainsi que par microscopie à force atomique conductrice (C-AFM) à l’IEMN. L’ensemble du dispositif, composé de nanocubes singletons déposés sur un film de SAM assemblé sur un substrat métallique, a été caractérisé par C-AFM, dans l’obscurité et sous l’effet de la lumière. Nous avons ainsi démontré une modulation de la caractéristique courant-tension du dispositif sous l’effet de la lumière incidente.

Mots-clés : rectification, rectennas optiques, nanoantennes patch, nanocavités plasmoniques, diodesmoléculaires, modélisation numérique, simulations optiques, SERS, diffusion en champ sombre (DFS), C-AFM. 

Composition du Jury

Aude Lereu, Institut Fresnel, Marseille, examinatrice

Antoine Moreau, Institut Pascal, Université de Clermont Auvergne, examinateur

Laurence Vignau, IMS, Bordeaux INP, rapporteure

Sylvain Vedraine, XLIM, Université de Limoges, rapporteur

Dominique Vuillaume, IEMN Lille, membre invité

Judikaël Le Rouzo, IM2NP, Aix-Marseille Université, co-directeur de thèse 

David Duché, IM2NP, Aix-Marseille Université Aix-Marseille, co-directeur de thèse