Optique non-linéaire

Isabelle Ledoux-Rak est professeur émérite en physique à l’ENS Paris Saclay et au laboratoire LuMIn depuis 2024. Elle est ancienne élève de l’ENS Paris, agrégée de chimie, et a obtenu son doctorat, sous la direction de Joseph Zyss, à l’Université Paris Sud en 1988. Nommée professeur des Universités en 2000 au département de physique de l’ENS Paris Saclay, (en détachement du Corps des Télécommunications, puis du Corps des Mines) elle a participé à la création du laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire, et a mis en place en 2006 un Master international pluridisciplinaire financé par le programme européen Erasmus Mundus, et qui a formé plus de 250 étudiants venus du monde entier. Elle a été directrice du LPQM de 2006 à 2019. 

Ses travaux portent sur les propriétés optiques non linéaires (ONL) de molécules, de nanoparticules et de matériaux cristallins, via des mesures de génération de second harmonique, en vue d’affiner les règles d’ingénierie moléculaire qui relient la structure électronique d’une molécule, ou la forme d’une nanoparticule, à sa réponse ONL. Les principales avancées concernent des complexes métalliques d’une part, en collaboration avec l’Université de Rennes (JR Hamon), et l’étude de l’influence de la taille et de la forme de nanoparticules métalliques d’autre part. En particulier, il a été établi que l’optimisation de la réponse ONL quadratique de nanotriangles plasmoniques est majoritairement influencée par le rayon de courbure de leurs sommets, les réponses les plus élevées étant obtenues pour les rayons de courbure les plus faibles (voir Figure). Ces résultats expérimentaux sont confirmés par une étude théorique menée avec Joseph Zyss et en collaboration avec l’Université de l’Etat d’Arizona (Dr Maxim Sukharev), et qui s’étend actuellement aux nanopyramides d’or à base pentagonale (coll. avec C. Hamon, LPS). Elle collabore également avec Ngoc Diep Lai sur la croissance, par photo-inscription laser, et les propriétés ONL de nanoparticules insérées en matrices polymères.

Elle étudie d’autre part, en collaboration avec les Universités de Gafsa et de Sfax en Tunisie, les propriétés optiques non linéaires de cristaux hybrides organiques –inorganiques, ce qui a permis de sélectionner de nouveaux matériaux synthétisés par les partenaires tunisiens et pourvus de propriétés optiques non linéaires du second ordre de même ordre de grandeur ou même supérieures à celles des matériaux commercialisés pour le doublement de fréquence.

Isabelle Ledoux-Rak a été également impliquée dans un projet de recherche porté par Chi Thanh Nguyen et centré sur l’utilisation de capteurs à ondes évanescentes pour la détection de polluants ou de biomolécules. Il s’agit de microrésonateurs en anneau sans marqueurs, insérés dans un circuit microfluidique, susceptibles de détecter de très faibles quantités d’un élément chimique ou d’une (bio)molécule via leur accrochage à la surface d’un micro-anneau à base de polymères. La détection est liée aux modifications de l’onde évanescente dans le milieu entourant le résonateur, dues au changement de l’état de surface du résonateur préalablement fonctionnalisé. Ce dispositif a fait ses preuves dans la détection du cadmium dans l’eau du robinet, avec une limite de détection de 20 ng/L.