Étude théorique de particules de Huygens isotropes pour des applications en métasurfaces.

Les avancees recentes en optique a l'echelle nanometrique ont donne naissance a une nouvelle branche de la nano-photonique visant a manipuler la diffusion de nanoparticules, avec de nombreuses applications potentielles en communication optique, en photovoltaique, pour le developpement de nano-antennes, de capteurs, etc. La reponse de nano-diffuseurs est souvent caracterisee en termes de multipoles electromagnetiques dont les ajustements constituent un moyen efficace pour faconner a souhait les diagrammes de rayonnement de particules. En particulier, des interferences destructives entre multipoles de parite spatiale opposee peuvent etre exploitees pour annuler la retro-diffusion d'objets de petites tailles. Cet effet, theoriquement predit il y a 30 ans par Milton Kerker, permet aujourd'hui de concevoir des particules sub-longueur d'onde diffusant la lumiere uniquement vers l'avant, partageant ainsi les principales caracteristiques des sources theoriques fictives utilisees dans le principe de Huygens-Fresnel. Une fois assemblees en reseau periodique bidimensionnel, ces particules, appelees "sources de Huygens", offrent des opportunites uniques dans le developpement de composants optiques plats et ultrafins, appeles "metasurfaces", permettant un controle arbitraire de la phase, de l'amplitude et/ou de la polarisation de faisceaux lumineux. Ainsi, au cours des dernieres annees, les metasurfaces de Huygens ont ete tres largement explorees comme alternative a l'optique traditionnelle pour la conception de surfaces remplissant les fonctions de lentilles, de deflecteurs de faisceau, de vortex optique, d'hologrammes ou d'absorbeurs parfaits. Ces travaux se sont notamment appuyes sur des sources de Huygens anisotropes pouvant etre obtenues par les technologies dites ‘'top-down''. Contrairement aux approches etudiees jusqu'a present, cette these porte sur l'etude de sources de Huygens isotropes. Nous etudions en particulier des particules homogenes, composites ou de types coeur-coquille pour atteindre le regime de Kerker. Nous demontrons la possibilite de faconner le front d'onde de faisceaux optiques en utilisant des systemes spheriques constitues d'amas de particules dielectriques. Nous presentons egalement un formalisme multipolaire pouvant etre exploite pour optimiser l'absorption de surface de Huygens. Comme fil conducteur de notre projet, les objets que nous etudions sont adaptes aux technologies ascendantes (dite "bottom-up") et pourraient de maniere realiste etre obtenue par synthese colloidale et procedes d'auto-assemblage, offrant ainsi une alternative aux metasurfaces classiquement obtenues par lithographie.