Tamm polaritons in porous silicon multilayers

Nous démontrons que les multicouches en Si poreux présentent plusieurs avantages pour réaliser des polaritons de Tamm en vue d'applications technologiques. Cette approche nous permet entre autres d'observer pour la première fois des polaritons de Tamm découlant d'un couplage avec des phonons optiques dans l'infrarouge moyen. Le concept de polariton décrit un mode optique hybride résultant du couplage d'une onde électromagnétique avec un milieu résonant, par exemple les charges libres d'un métal dans le cas des plasmon-polaritons et les phonons optiques d'un diélectrique polaire dans le cas des phonon-polaritons. Les polaritons de Tamm sont quant à eux des modes localisés à l'interface entre un cristal photonique unidimensionnel et un métal ou un diélectrique polaire. Leur présence se manifeste expérimentalement par un creux dans le spectre de réflectance à une fréquence donnée à l'intérieur de la bande interdite du cristal photonique. Contrairement aux polaritons de surface, les polaritons de Tamm peuvent être excités à n'importe quel angle d'incidence pour les polarisations TE et TM sans avoir recours à un prisme de couplage ou un réseau de diffraction. De plus, la vaste gamme de matériaux dans lesquels on retrouve ces modes optiques permet de couvrir une large plage du spectre électromagnétique, du visible à l'infrarouge. La région de l'infrarouge moyen est d'une importance particulière étant donné que les composés chimiques y possèdent des signatures optiques uniques. Ces caractéristiques font des polaritons de Tamm une alternative prometteuse à la résonance de plasmons de surface dans plusieurs applications technologiques comme la détection de composés chimiques, l'imagerie thermique multispectrale et l'émission cohérente de radiation thermique. Cependant, l'utilisation des polaritons de Tamm dans un capteur chimique nécessite un matériau poreux et optiquement transparent dans la plage de longueurs d'onde visée. L'approche proposée dans cette thèse pour résoudre ce problème repose sur la fabrication du cristal photonique à l'aide de Si poreux, un matériau composé d'une matrice de Si cristallin dans laquelle des pores nanométriques sont creusés électrochimiquement. La présence de pores permet à un analyte de diffuser à travers le cristal photonique pour atteindre l'interface où le champ électrique des polaritons de Tamm est maximal. De plus, la haute porosité augmente drastiquement la surface de contact disponible à la capture d'analyte. Nous procédons à la démonstration théorique et expérimentale de l'existence de polaritons de Tamm dans un cristal photonique en Si poreux couvert d'un film mince d'or, puis nous présentons des mesures de sensibilité et facteur de qualité de capteurs à base des polaritons de Tamm composés de cristaux photoniques en Si poreux sur substrat de verre couvert d'or. Finalement, nous démontrons l'existence de polaritons de Tamm à base de phonons optiques en mesurant la réflectance infrarouge d'un cristal photonique en Si poreux déposé sur un substrat en SiC. Le Si poreux permet cette observation étant donné que ce matériau est transparent dans l'infrarouge moyen aux longueurs où les phonons optiques sont excités, contrairement à plusieurs autres matériaux utilisés en microfabrication.Abstract : We demonstrate that porous Si multilayers have several advantages for producing Tamm polaritons for technological applications. This approach allows us, among other things, to observe for the first time Tamm polaritons resulting from a coupling with optical phonons in the mid-infrared. The concept of polariton describes a hybrid optical mode resulting from the coupling of an electromagnetic wave with a resonant medium, for example the free charges of a metal in the case of plasmon-polaritons and the optical phonons of a polar dielectric in the case of phonon-polaritons. Tamm polaritons, on the other hand, are localized modes at the interface between a one-dimensional photonic crystal and a metal or a polar dielectric. Their presence manifests itself experimentally as a dip in the reflectance spectrum at a given frequency within the forbidden band of the photonic crystal. Unlike surface polaritons, Tamm polaritons can be excited at any angle of incidence for TE and TM polarizations without resorting to a coupling prism or diffraction grating. In addition, the wide range of materials in which these optical modes are found make it possible to cover a wide range of the electromagnetic spectrum, from visible to infrared light. Of particular importance is the mid-infrared region, as chemical compounds have unique optical signatures there. These characteristics make Tamm polaritons a promising alternative to surface plasmon resonance in several technological applications such as the detection of chemical compounds, multispectral thermal imaging and the coherent emission of thermal radiation. However, the use of Tamm polaritons in a chemical sensor requires a porous and optically transparent material in the desired wavelength range. The approach proposed in this thesis to solve this problem is based on the fabrication of the photonic crystal using porous Si, a material composed of a crystalline Si matrix in which nanometric pores are electrochemically hollowed out. The presence of pores allows an analyte to diffuse through the photonic crystal to reach the interface where the electric field of Tamm polaritons is maximum. In addition, the high porosity drastically increases the contact surface available for analyte capture. We proceed to the theoretical and experimental demonstration of the existence of Tamm polaritons in a porous Si photonic crystal covered with a thin film of gold, then we present measurements of sensitivity and quality factor of Tamm polaritons sensors made of porous Si photonic crystals on a glass substrate covered with gold. Finally, we demonstrate the existence of Tamm polaritons based on optical phonons by measuring the infrared reflectance of a porous Si photonic crystal deposited on a SiC substrate. Porous Si allows this observation given that this material is transparent in the mid-infrared at wavelengths where optical phonons are excited, unlike several other materials used in microfabrication

A Cost-Benefit/Cost-Effectiveness Analysis of Proposed Supervised Injection Facilities in Ottawa, Canada

Background Supervised injection facilities (SIFs) are venues where people who inject drugs (PWID) have access to a clean and medically supervised environment in which they can safely inject their own illicit drugs. There is currently only one legal SIF in North America: Insite in Vancouver, British Columbia, Canada. The responses and feedback generated by the evaluations of Insite in Vancouver have been overwhelmingly positive. This study assesses whether the above mentioned facility in the Downtown Eastside of Vancouver needs to be expanded to other locations, more specifically that of Canada’s capital city, Ottawa. Methods The current study is aimed at contributing to the existing literature on health policy by conducting cost-benefit and cost-effective analyses for the opening of SIFs in Ottawa, Ontario. In particular, the costs of operating numerous SIFs in Ottawa was compared to the savings incurred; this was done after accounting for the prevention of new HIV and Hepatitis C (HCV) infections. To ensure accuracy, two distinct mathematical models and a sensitivity analysis were employed. Results The sensitivity analyses conducted with the models reveals the potential for SIFs in Ottawa to be a fiscally responsible harm reduction strategy for the prevention of HCV cases – when considered independently. With a baseline sharing rate of 19%, the cumulative annual cost model supported the establishment of two SIFs and the marginal annual cost model supported the establishment of a single SIF. More often, the prevention of HIV or HCV alone were not sufficient to justify the establishment cost-effectiveness; rather, only when both HIV and HCV are considered does sufficient economic support became apparent. Conclusions Funded supervised injection facilities in Ottawa appear to be an efficient and effective use of financial resources in the public health domain

Police shootings in Ontario: how social, psychological and situational factors lead to pulling the trigger

Police use of deadly force has long been a source of public and governmental concern. This thesis examines the social, psychological and situational factors associated with police shootings in Ontario during the period from January 2004 to December 2012. Police firearm discharge data from Ontario’s Special Investigations Unit is examined from a qualitative and quantitative perspective. An examination of the data reveals that police responding to domestic violence calls led to the largest proportion of police shootings, followed by robberies. The majority of police shooting victims were male and armed with edged weapons. Mentally ill individuals showed a significantly higher risk of being killed in police shootings than non-mentally ill individuals. This thesis discusses the implications of these findings for police training and policy. More resources should be made available towards de-escalation and mental health training for police officers. Non-lethal weapons such as Tasers should be deployed to more frontline officers to provide alternatives to deadly force. The implications of these findings for Ontario’s civilian police oversight agency are also discussed. The Special Investigations Unit should make more of its findings available to the public, such as ethnographic data

Les polaritons de Tamm dans les multicouches en silicium poreux

We demonstrate that porous Si multilayers have several advantages for producing Tamm polaritons for technological applications. This approach allows us, among other things, to observe for the first time Tamm polaritons resulting from a coupling with optical phonons in the mid-infrared. The concept of polariton describes a hybrid optical mode resulting from the coupling of an electromagnetic wave with a resonant medium, for example the free charges of a metal in the case of plasmon-polaritons and the optical phonons of a polar dielectric in the case of phonon-polaritons. Tamm polaritons, on the other hand, are localized modes at the interface between a one-dimensional photonic crystal and a metal or a polar dielectric. Their presence manifests itself experimentally as a dip in the reflectance spectrum at a given frequency within the forbidden band of the photonic crystal. Unlike surface polaritons, Tamm polaritons can be excited at any angle of incidence for TE and TM polarizations without resorting to a coupling prism or diffraction grating. In addition, the wide range of materials in which these optical modes are found make it possible to cover a wide range of the electromagnetic spectrum, from visible to infrared light. Of particular importance is the mid-infrared region, as chemical compounds have unique optical signatures there. These characteristics make Tamm polaritons a promising alternative to surface plasmon resonance in several technological applications such as the detection of chemical compounds, multispectral thermal imaging and the coherent emission of thermal radiation. However, the use of Tamm polaritons in a chemical sensor requires a porous and optically transparent material in the desired wavelength range. The approach proposed in this thesis to solve this problem is based on the fabrication of the photonic crystal using porous Si, a material composed of a crystalline Si matrix in which nanometric pores are electrochemically hollowed out. The presence of pores allows an analyte to diffuse through the photonic crystal to reach the interface where the electric field of Tamm polaritons is maximum. In addition, the high porosity drastically increases the contact surface available for analyte capture. We proceed to the theoretical and experimental demonstration of the existence of Tamm polaritons in a porous Si photonic crystal covered with a thin film of gold, then we present measurements of sensitivity and quality factor of Tamm polaritons sensors made of porous Si photonic crystals on a glass substrate covered with gold. Finally, we demonstrate the existence of Tamm polaritons based on optical phonons by measuring the infrared reflectance of a porous Si photonic crystal deposited on a SiC substrate. Porous Si allows this observation given that this material is transparent in the mid-infrared at wavelengths where optical phonons are excited, unlike several other materials used in microfabrication.Nous démontrons que les multicouches en Si poreux présentent plusieurs avantages pour réaliser des polaritons de Tamm en vue d'applications technologiques. Cette approche nous permet entre autres d'observer pour la première fois des polaritons de Tamm découlant d'un couplage avec des phonons optiques dans l'infrarouge moyen. Le concept de polariton décrit un mode optique hybride résultant du couplage d'une onde électromagnétique avec un milieu résonant, par exemple les charges libres d'un métal dans le cas des plasmon-polaritons et les phonons optiques d'un diélectrique polaire dans le cas des phonon-polaritons. Les polaritons de Tamm sont quant à eux des modes localisés à l'interface entre un cristal photonique unidimensionnel et un métal ou un diélectrique polaire. Leur présence se manifeste expérimentalement par un creux dans le spectre de réflectance à une fréquence donnée à l'intérieur de la bande interdite du cristal photonique. Contrairement aux polaritons de surface, les polaritons de Tamm peuvent être excités à n'importe quel angle d'incidence pour les polarisations TE et TM sans avoir recours à un prisme de couplage ou un réseau de diffraction. De plus, la vaste gamme de matériaux dans lesquels on retrouve ces modes optiques permet de couvrir une large plage du spectre électromagnétique, du visible à l'infrarouge. La région de l'infrarouge moyen est d'une importance particulière étant donné que les composés chimiques y possèdent des signatures optiques uniques. Ces caractéristiques font des polaritons de Tamm une alternative prometteuse à la résonance de plasmons de surface dans plusieurs applications technologiques comme la détection de composés chimiques, l'imagerie thermique multispectrale et l'émission cohérente de radiation thermique. Cependant, l'utilisation des polaritons de Tamm dans un capteur chimique nécessite un matériau poreux et optiquement transparent dans la plage de longueurs d'onde visée. L'approche proposée dans cette thèse pour résoudre ce problème repose sur la fabrication du cristal photonique à l'aide de Si poreux, un matériau composé d'une matrice de Si cristallin dans laquelle des pores nanométriques sont creusés électrochimiquement. La présence de pores permet à un analyte de diffuser à travers le cristal photonique pour atteindre l'interface où le champ électrique des polaritons de Tamm est maximal. De plus, la haute porosité augmente drastiquement la surface de contact disponible à la capture d'analyte. Nous procédons à la démonstration théorique et expérimentale de l'existence de polaritons de Tamm dans un cristal photonique en Si poreux couvert d'un film mince d'or, puis nous présentons des mesures de sensibilité et facteur de qualité de capteurs à base des polaritons de Tamm composés de cristaux photoniques en Si poreux sur substrat de verre couvert d'or. Finalement, nous démontrons l'existence de polaritons de Tamm à base de phonons optiques en mesurant la réflectance infrarouge d'un cristal photonique en Si poreux déposé sur un substrat en SiC. Le Si poreux permet cette observation étant donné que ce matériau est transparent dans l'infrarouge moyen aux longueurs où les phonons optiques sont excités, contrairement à plusieurs autres matériaux utilisés en microfabrication

Étude de la symétrie du paramètre d'ordre dans le supraconducteur à base de fer KFe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2]

Le supraconducteur à base de fer KFe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2] constitue une énigme en raison de la symétrie inusitée de son paramètre d'ordre. Contrairement aux autres supraconducteurs à base de fer, qui sont de symétrie s-wave, ce matériau semble partager la symétrie d-wave des cuprates comme YBCO. Le transport thermique est une sonde expérimentale très efficace pour déterminer la structure du paramètre d'ordre en révélant la présence de nœuds sur la surface de Fermi où le gap en énergie associé à la supraconductivité est nul. Ce mémoire présente des données de conductivité thermique obtenues dans KFe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2] selon les axes cristallins a et c et pour différentes orientations du champ magnétique. Les mesures couvrent un intervalle en température de 50 mK à 500 mK. La présence d'un terme résiduel linéaire k[indice inférieur 0] / T en champ nul indique la présence de nœuds. L'anisotropie de ce terme résiduel selon les directions a et c implique que les nœuds sont disposés sur des lignes verticales selon l'axe k[indice inférieur z] sur tous les feuillets de la surface de Fermi. Ce résultat suggère fortement un gap de symétrie d-wave. De plus, k[indice inférieur 0] / T n'est pas affecté par la variation du taux de diffusion dans des échantillons de puretés différentes. Cette propriété, appelée universalité de la conductivité thermique, est caractéristique des supraconducteurs de symétrie d-wave. Bien qu'une récente étude menée à l'aide de l'ARPES dans KFe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2] indique plutôt un gap s-wave, le calcul du comportement en champ magnétique de ce matériau à partir des valeurs du gap obtenues par l'ARPES est incompatible avec les données expérimentales de conductivité thermique. La dépendance en champ magnétique de la conductivité thermique est par ailleurs reproduite presque parfaitement par un modèle d-wave. Déterminer la symétrie du paramètre d'ordre du supraconducteur est crucial afin de comprendre le mécanisme d'appariement. À cet égard, KFe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2] offre la possibilité de faire le lien entre les deux grandes familles de supraconducteurs: les cuprates et les supraconducteurs à base de fer

Capabilities and Limits to Form High Aspect-Ratio Microstructures by Molding of Borosilicate Glass

International audienc

Tamm plasmon-polaritons in a metal coated porous silicon photonic crystal

International audienceWe report the realization of a Tamm plasmon resonance in a planar structure by deposition of a gold film on a one-dimensional photonic crystal made of mesoporous silicon. The observation of a dip in the reflectance as well as a singularity in the ellipsometric angles confirms the presence of Tamm plasmon-polaritons with a higher quality factor than previously reported for porous Tamm structures. The simple electrochemical fabrication process of the porous silicon multilayer has the potential to facilitate the advent of integrated Tamm sensors by allowing an analyte to diffuse to the region where the electromagnetic field enhancement is highest while being low-cost and potentially CMOS-compatible

Toward applications of near-field radiative heat transfer with micro-hotplates

International audienceAbstract Bringing bodies close together at sub-micron distances can drastically enhance radiative heat transfer, leading to heat fluxes greater than the blackbody limit set by Stefan–Boltzmann law. This effect, known as near-field radiative heat transfer (NFRHT), has wide implications for thermal management in microsystems, as well as technological applications such as direct heat to electricity conversion in thermophotovoltaic cells. Here, we demonstrate NFRHT from microfabricated hotplates made by surface micromachining of $$\hbox {SiO}_2$$ SiO 2 / $$\hbox {SiN}$$ SiN thin films deposited on a sacrificial amorphous Si layer. The sacrificial layer is dry etched to form wide membranes ( {100}\,\upmu \hbox {m} \times {100}\,\upmu \hbox {m} 100 μ m × 100 μ m ) separated from the substrate by nanometric distances. Nickel traces allow both resistive heating and temperature measurement on the micro-hotplates. We report on two samples with measured gaps of $${610}\,\hbox {nm}$$ 610 nm and $${280}\,\hbox {nm}$$ 280 nm . The membranes can be heated up to {250}\,^{\circ }\hbox {C} 250 ∘ C under vacuum with no mechanical damage. At {120}\,^{\circ }\hbox {C} 120 ∘ C we observed a 6.4-fold enhancement of radiative heat transfer compared to far-field emission for the smallest gap and a 3.5-fold enhancement for the larger gap. Furthermore, the measured transmitted power exhibits an exponential dependence with respect to gap size, a clear signature of NFRHT. Calculations of photon transmission probabilities indicate that the observed increase in heat transfer can be attributed to near-field coupling by surface phonon-polaritons supported by the $$\hbox {SiO}_2$$ SiO 2 films. The fabrication process presented here, relying solely on well-established surface micromachining technology, is a key step toward integration of NFRHT in industrial applications