Interactions optiques entre nanoparticules métalliques et systèmes moléculaires à indice de réfraction variable

Optical interaction between metal nanoparticles and molecular systems of variable refraction index

• Auteur / Autrice : Hicham Ibn El Ahrach
• Direction : Renaud Bachelot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et nanotechnologies
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réfractométrie

Microscopie en champ proche

Résonance plasmonique de surface

Nanoparticules

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’étude de l’interaction optique entre nanoparticules mé-talliques (NPM) et des systèmes moléculaires à indice de réfraction variable. L’une des proprié-tés remarquables de ce type de particules est liée à l’excitation d’ondes de surface, appelées plasmon de surface (PS) dont la position spec-trale dépend de plusieurs paramètres (l’indice de réfraction du milieu environnant…). Ces PS sont associés à de forts confinements du champ proche optique exalté. Une NPM irradiée sous certaines conditions se comporte comme une nanosource de lumière très confinée qui, en présence d’un photopoly-mère à seuil bien déterminé, induit une photo-polymérisation locale grâce à l’effet inhibiteur de l’oxygène. Ainsi, une nanophotopolymérisa-tion anisotropique en champ proche a lieu, générant une particule hybride mé-tal/polymère. Ceci induit également une distri-bution anisotropique de l’indice de réfraction autour de la NPM. La résonance plasmon de surface (RPS) dépend alors de la polarisation du champ incident et une levée de dégénérescence spectrale est observée. Enfin, on étudie le contrôle de la position de la RPS par une orientation électrique de cristaux liquides à biréfringence positive, en particulier, l’effet d’une élévation de l’indice de réfraction à proximité d’une paire de NPM, par analyse spectrale. On montre l’influence de l’indice de réfraction local qui se matérialise par un déca-lage de la position de la RPS qui traduit l’affaiblissement du couplage type champ pro-che entre NPM avec la diminution du gap

This thesis is related to the study of optical interaction between metal nanoparticles MNP and molecular systems of variable refraction index. One of these properties is related to the excitation of surface waves, called surface plasmons (SP), whose spectral position depends on several parameters of which the refraction index of the surrounding medium. These SP are associated to a strong confinement effect and optical near field enhancement. A MNP illuminated under certain conditions, behave like a confined nanosource of light. Associated to a photosensitive polymer with well determined threshold energy of polymeri-zation, it induces a reduced photopolymeriza-tion thanks to the inhibiting effect of oxygen. Thus, an anisotropic nanpolymerization takes place, and one creates a hybrid metal/polymer particle. This polymerization also induces an anisotropic distribution of the refraction index around the MN. The surface plasmon reso-nance (SPR) gets dependent on the incident field polarization. The result of such an anisot-ropic distribution is a spectral degeneracy breaking of the SP mode. Finally, we can control the SPR position by an electrical orientation of liquid crystal with posi-tive birefringence. We study the effect of a rise of the local refraction index near a pair of MNP by spectra analysis. One shows the influence of the local refraction index which is materialized by a shift of SPR position. It represents a de-crease of the near field coupling yield between MNP with the reduction of the gap interparti-cles