un ANALYSEUR de TAILLE de NANOPARTICULES COMPRENDRE
Figure 3 . a ) Onde évanescente se propageant sur une surface métallique , le plasmon de surface possède une composante longitudinale du champ électrique qui définit une polarisation elliptique dans le plan de propagation ( x , z ) - et non pas transverse comme dans le cas d ’ un champ libre . Le caractère complexe des vecteurs d ’ onde ( k , q ) donne aux composantes x et z des phases différentes . Le gradient de phase en revanche est identique pour chaque composante et détermine la force dissipative ( en bleu sur la figure ). La force réactive ( rouge ) est une force qui piège efficacement le dipôle vers l ’ interface par le fort gradient d ’ amplitude du plasmon évanescent . Une composante de spin au vecteur de Poynting est associée à la structure elliptique évanescente de ce champ . Par conséquent , ∏ = ∏ o + ∏ s comme décrit en b ) et seule la composante orbitale du vecteur de Poynting , augmentée de ∆ , détermine la force dissipative . c ) Le plan de polarisation étant contenu dans le plan de propagation , la densité de spin S est transverse au vecteur d ’ onde . Un dipôle subit alors dans le champ proche un couple de torsion Γ orienté transversalement . Cette orientation est verrouillée sur la direction de propagation du plasmon : pour une propagation inversée , le signe du couple l ’ est aussi .
CHAMPS COMPLEXES Au-delà de l ’ impact dynamique des structures spatiale et de phase des faisceaux , on peut aussi discuter des rôles de la polarisation et de l ’ environnement optique , avec des champs confinés ou localisés . Pour de tels champs , il est fréquent que chaque composante E i ( r ) = ρ i ( r ) e iφi ( r ) ait sa propre amplitude ρ i et sa propre phase φ i . On doit alors généraliser les expressions ( 4 ) et ( 5 ) qu ’ on avait dérivées dans le cas simple de la polarisation linéaire . La partie réactive de la force reste conservative : elle peut encore s ’ écrire comme dérivant du gradient de l ’ amplitude du champ complexe . En revanche , le gradient de phase pour la partie dissipative doit être remplacé par une moyenne des phases de chaque composante pondérée par leurs amplitudes respectives Im [ f 0 ] = – ∑i ( ρ i ) 2 φ i .
De manière remarquable , cette moyenne des phases pondérées a une interprétation physique claire : elle correspond à la partie orbitale de la moyenne temporelle du vecteur de Poynting ∏ . On sait en effet séparer ∏ = ∏ o + ∏ s en une composante orbitale ∏ o = Im [ f 0 ]/ 2ω µ 0 ( à partir de laquelle on calcule le moment angulaire orbital Λ o = r × ∏ o et une composante de spin ∏ s = × Φ / 2ω µ 0 . Cette discussion montre donc qu ’ en général , la pression de radiation est seulement déterminée par la partie orbitale du vecteur de Poynting ( et non pas le vecteur lui-même ). Le champ électromagnétique transfère donc par dissipation de l ’ énergie mécanique au dipôle de deux manières : par pression , via la partie orbitale du vecteur de Poynting , et par torsion , via l ’ ellipticité -c ’ est-à-dire le spindu champ .
RÉFÉRENCES
Cette discussion n ’ a lieu que si le champ électromagnétique possède soit une densité de spin inhomogène soit une densité de spin non nulle mais un profil d ’ intensité inhomogène . Cette dernière condition est celle fréquemment rencontrée dans le domaine du champ proche optique où la présence d ’ une interface brise l ’ isotropie de l ’ environnement optique avec des conséquences sur les forces décrites dans la Fig . 3 .
La question des symétries est donc centrale pour les forces optiques . On a pu ainsi mettre en évidence ces dernières années de nouvelles forces optiques dites chirales qui émergent d ’ une brisure de symétrie miroir du champ et de la réponse dipolaire de l ’ objet . Ces forces dépendent directement de la symétrie droite ou gauche du dipôle chiral et pourraient être utiles pour mettre en place de nouveaux process tout optiques de séparation de molécules chirales . Elles sont étudiées à l ’ heure actuelle pour les promesses applicatives qu ’ elles pourraient tenir [ 5 ].
CONCLUSION Les forces optiques sont une manifestation directe des interactions lumière-matière . À ce titre , elles combinent les effets de structure du champ électromagnétique et ceux de forme et de symétrie des objets sur lesquels elles s ’ exercent . Elles sont donc un excellent révélateur de ces interactions et de leurs potentialités , depuis les échelles micrométriques jusqu ’ aux échelles atomiques . Elles ont ouvert un domaine de recherche qui continue d ’ être exploré activement .
[ 1 ] J . C . Maxwell , “ A treatise on electricity and magnetism ”, 1873 , Dover Publications Inc . [ 2 ] P . N . Lebedev , Ann . Phys . 311 , 433 ( 1901 ) [ 3 ] S . Stenholm , Rev . Mod . Phys . 58 , 699 ( 1986 ) [ 4 ] A . L da Fonseca et al ., Phys . Rev . Res . 023226 ( 2024 ) [ 5 ] C . Genet , ACS Photon . 9 , 319 ( 2022 )
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