Fluorescence et diffusion Raman exaltée de surface (SERS) de molécules individuelles

par Carine Julien

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Anne Débarre.


  • Résumé

    Deux études distinctes mettant en œuvre la détection et l'analyse de signaux spectroscopiques optiques de molécules individuelles- colorants ou molécules organiques- ont été menées. Par microscopie grand champ de fluorescence, l'émission de molécules uniques de pérylène orange insérées dans un film solgel mince, par enregistrement de films d'une large zone de l'échantillon sur laquelle plus d'une centaine d'émetteurs individuels sont détectés, fournit des informations sur cette espèce et la matrice sondée. Pour exploiter les films, un outil logiciel a été développé. Les processus de photoblanchiment, la mobilité moléculaire, la nucléation des molécules excitées sont mis en évidence et discutés. On note une grande richesse des dynamiques temporelles d'émission, mais aussi des spectres qui reflètent notamment la reconformation proposée du pérylène orange excité. Il s'ensuit l'existence de nombreux nanoenvironnements différents dans la matrice poreuse. Par microscopie confocale à balayage, le signal de diffusion Raman exaltée de surface de molécules uniques organique adsorbées sur des agrégats d'argent de morphologie complexe est exploité. Certains objets présentent une exaltation géante, estimée être de plus de 14 ordres de grandeur, ce qui permet l'enregistrement de spectres résolus en seulement une seconde. L'analyse chimique offerte permet de distinguer différentes espèces, et la présence nécessaire sur ces points chauds d'Ag+ est démontrée. Une caractérisation corrélée par microscopie électronique des agrégats actifs repérés met aussi en avant l'existence d'une morphologie privilégiée, avec de nombreuses protubérances de dimension nanométrique et interstices.

  • Titre traduit

    Single molecule fluorescence and surface-enhanced Raman scattering (SERS)


  • Résumé

    Two independent studies, both involving detection and analysis of optical spectroscopic signals at the single molecule level have been conducted. By mean of wide-field fluorescence spectroscopy, the emission of single perylene orange dyes embedded in a thin solgel film has been monitored. It consists of recording movies of a large area of the sample, with a hundred or more of single emitters in focus whose signal report as much on the species photo-properties as on the matrix. The films have been harvested thanks to a specially devoted tailored software. The photobleaching processes, spatial mobility and an aggregation-like phenomenon are pointed out and discussed. The molecules also exhibit a rich variety of temporal dynamics, and spectral characteristics reflecting most notably the proposed excited state reconformation of perylene orange. Scanning confocal microscopy is the second setup used. Here, we focus on the surface-enhanced Raman scattering of single organic molecules adsorbed on silver nano-cluster with complex shape. Some of them exhibit giant enhancement, estimated to be at least of 14 orders of magnitude, offering the possibility to record nicely resolved spectra with a collection time of one second. The associated chemical analysis give evidence that different chemical species are present, and permits to highlight the presence of Ag+ at the hot spot. At last, a cross characterization of the active aggregates by electronic microscopy shows up that a specific class of cluster morphology, with nano-bumps, seems to be preferentially required for the hot spot to exist.

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Informations

  • Détails : 241 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 229-238

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2004)259
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