Croissance, nanostructure et réponse optique de films minces d'agrégats d'argent dans des matrices diélectriques

Growth, nanostructure and optical response of thin films consisting of silver clusters dispersed within dielectric matrices

• Auteur / Autrice : Johann Toudert
• Direction : Thierry Girardeau, Sophie Camelio, David Babonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses et matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique en transmission

Rayons X -- Diffusion centrale

Matériaux nanostructurés

Propriétés optiques

Nanoparticules

Résumé

L'objectif de ce travail est d'élaborer par pulvérisation ionique des films minces d'agrégats d'argent nanométriques dispersés dans des matrices diélectriques à la structure contrôlée, afin d'ajuster la position spectrale de leur(s) bande(s) d'absorption plasmon. Dans cette optique, nous avons cherché à contrôler la morphologie des agrégats. Par des mesures de microscopie électronique en transmission et diffusion centrale des rayons X en incidence rasante, nous montrons que le rapport hauteur/diamètre des agrégats (ellipsoïdaux) peut être ajusté par un choix adéquat du mode de dépôt (simultané ou alterné) des espèces diélectrique et métallique, de la nature de la matrice (Si3N4 ou BN), de la quantité d'argent déposée, des conditions d'assistance et de post-traitement. La position du mode de résonance (1,1) des films élaborés varie sur tout le spectre du visible (de 400 à 750 nm) en fonction de la forme des agrégats en accord qualitatif avec les prévisions du modèle de Maxwell-Garnett.

The aim of this work is to get a fine control of the structure of nanocomposite thin films consisting of silver clusters embedded within dielectric matrices elaborated by ion beam sputtering, in order to adjust the spectral position of their plasmon absorption band(s). For this purpose, it is desirable to control clusters morphology. It is showed by an approach combining transmission electron microscopy and Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering that the height-to-diameter ratio of the (ellipsoidal) clusters can be adjusted by a proper choice of the deposition mode (simultaneous or alternate sputtering of the metal and the dielectric species), nature of the matrix (Si3N4 or BN), amount of deposited silver, assistance and post-treatment conditions. The spectral position of the (1,1) resonance mode of the elaborated films shifts in the visible range from 400 nm to 750 nm depending on clusters shape in qualitative agreement with simulations using the Maxwell-Garnett model.