Etude des propriétés optiques en champ proche des nanoparticules métalliques par photoimagerie moléculaire

Study of the near-field optical properties of metal nanoparticles by molecular photoimaging method

• Auteur / Autrice : Mohamed Haggui
• Direction : Renaud Bachelot, Jérôme Plain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et Nanotechnologies
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmons

Optique en champ proche

Azobenzène

Nanotechnologie

Photochimie

Résumé

Nous avons étudié le champ proche optique de différentes nanoparticules à l’aide d’une approche d’imagerie photochimique originale. Cette dernière repose sur le déplacement vectoriel de molécules photosensibles suite aux cycles d’isomérisations qu’elles subissent sous l’action de la lumière. Ces études ont été réalisées avec une résolution spatiale sub-15nm (∼λ/35). Nous avons ainsi étudié en détails les propriétés du champ proche de nanocubes d’or isolés. Nous avons également introduit un nouveau concept de cold spot qui correspond à une zone de champ EM nul. Nous avons démontré qu’un cold spot est plus confinés qu’un hot spot. Ensuite, nous avons étudié le couplage électromagnétique entre nanoparticules d’argent en fonction du gap qui les sépare. Nous avons prouvé expérimentalement qu’il est possible de contrôler la localisation de la lumière dans une nano-antenne plasmonique constituée de trois plots d’argent alignés. Enfin, nous avons développé une approche expérimentale en lumière blanche pour mettre en évidence, en temps réel, l’effet de la migration de matière sur la réponse d’une nanoparticule d’argent. Il est montré que le changement de l’indice effectif du milieu dépend du mouvement moléculaire conduisant à des décalages de la longueur d’onde de résonance de la nanoparticule

During this thesis, we used a photochemical imaging approach developed at LNIO to study the optical near field of several kinds of metal nanoparticles. Our approach is based on the vectorial displacement of photo-sensitive molecules that undergo cycles of isomerization under optical excitation. These nanoparticles have been studied with a spatial resolution better than 15nm, ie λ/35. We studied in detail the optical near field of isolated gold nanocubes in terms of spatial confinement of electromagnetic hot spots. We have also introduced the new concept of “cold spots” which corresponds to the zones presenting no EM activity on the ridges of the nanocube. We demonstrated that cold spots are highly sensitive to polarization and can be much more confined than hot spots. Furthermore, we studied the electromagnetic coupling between neighboring silver nanoparticles. We experimentally demonstrated that it is possible to control the light localization from the far field domain in a plasmonic nanoantenna constituted of three aligned silver dots. Finally, we studied the effect of photo-induced molecular migration on the plasmonic response of metal nanoparticles based on white light illumination. It is shown that changes in effective refraction index of the surrounding media due to matter migration result in variations in the resonance wavelength