Interfacing nanophotonics and magnetism : plasmon-induced magnetism, optical spin-waves and optimization algorithm

Interfacer la nanophotonique et le magnétisme : magnétisme induit par plasmons de surface, ondes de spin optiques et algorithme d'optimisation La recherche à la frontière entre l'optique et le magnétisme révèle une richesse de nouveaux phénomènes et voies exploratoires. La lumière a la capacité d'induire un magnétisme ultrarapide, tandis que des analogues optiques d'états magnétiques offrent la perspective de nouveaux états optiques. L'objectif de cette thèse est de renforcer la synergie entre l'optique et le magnétisme en explorant l'interaction lumière-matière sous le prisme de la chiralité. Dans un premier chapitre, j'étudie théoriquement la capacité de nanoantennes plasmoniques à générer un champ de magnétisme statique, via un effet Faraday inverse (IFE) résonant. Je montre que les nanoantennes plasmoniques peuvent être considérées comme une alternative aux aimants ferromagnétiques, appelés opto-aimants, dans la génération de champs magnétiques statiques augmentés. Je révèle également que le moment angulaire orbital de la lumière contribue de manière significative à l'IFE. Enfin, je montre qu'un analogue optique du skyrmion magnétique de Neel représente un optimum dans la génération d'un optomagnétisme amplifié. Dans un deuxième chapitre, je montre qu'un analogue optique aux ondes de spin peut être généré dans des chaines de nanohélices plasmoniques. Ces ondes optiques résultent de l'interaction entre des modes propres twistés des hélices. D'un point de vue quantique, une excitation élémentaire d'onde de spin optique peut être considérée comme un magnon optique, une quasiparticule transportée dans des réseaux de nanostructures chirales portant des modes propres twistés. Dans un dernier chapitre, j'exploite un algorithme génétique pour concevoir des structures nanophotoniques optimisées. Plus précisément, je montre la capacité des algorithmes génétiques à prévoir une structure multicouche périodique capable de supporter des plasmons de surface. De telles structures sont applicables à l'ingénierie optomagnétique.