Étude des propriétés optiques de nanoparticules d’argent sondées par spectroscopies optique et électronique

par Nicolas Troc

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Matthias Hillenkamp.

Soutenue le 14-10-2016

à Lyon , dans le cadre de École doctorale de Physique et d’Astrophysique (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Institut Lumière Matière (laboratoire) .

Le président du jury était Joël Bellessa.

Le jury était composé de Mathieu Kociak, Marie-Ange Lebeault-Dorget.

Les rapporteurs étaient Wolfgang Harbich, Bruno Masenelli.


  • Résumé

    Cette thèse a pour but d'étudier les effets quantiques apparaissant pour des agrégats métalliques de très petite taille en raison de l'augmentation du ratio surface/volume et de la discrétisation de la structure électronique. Mettre en avant ces effets demande une très grande qualité de fabrication des nanoparticules étudiées, monodisperse dans le cas idéal. Nous fabriquons des nanostructures en encapsulant des agrégats d'argent générés par une source magnétron dans des matrices solides, comme la silice ou l'alumine. Cette technique nous permet de contrôler indépendamment la composition des particules, leur taille, et leur concentration. Un spectre de masse quadripolaire a été mis en place et utilisé comme un filtre en taille pour obtenir une distribution plus étroite et précise.Les échantillons ont été caractérisés par deux techniques complémentaires : par spectroscopie optique à transmission avec des mesures sur des ensembles de particules, et par spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) sur des particules uniques, réalisée dans un microscope électronique à balayage par transmission. Bien qu'utilisant deux outils conceptuellement différents, ces deux méthodes mesurent les résonances plasmoniques des particules. Ce travail a donc pour objectif de relier théoriquement et expérimentalement ces deux méthodes dans le but de comprendre comment les propriétés physiques de ces petits agrégats de métaux nobles sont affectées par les effets quantiques

  • Titre traduit

    Study of the optical properties of silver clusters measured through optical and electron spectroscopy


  • Résumé

    The aim of this thesis is to study quantum effects appearing in very small metallic clusters caused by the increasing surface/volume ratio and the discretization of the electronic structure. Investigating effects such as size dependencies demand a very high quality of the studied nanoparticles, monodisperse in the ideal case. We fabricate nanostructures by embedding silver clusters generated in a magnetron source in solid matrices, such as silica or alumina. This technique gives us full and independent control over the particle composition, size and concentration. A quadrupole mass spectrometer is used as a size filter to obtain a more precise and narrow distribution.Samples have been characterized with two complementary methods: optical transmission spectroscopy of ensembles of particles and electron energy loss spectroscopy (EELS) on single particles using a scanning transmission electron microscope. Although these two tools are conceptually different, they both measure the plasmonic resonances of metal nanoparticles. The objective of this work is to link theory and experiment in these two methods in order to understand how the physical properties of these small noble metal clusters are affected by quantum effects


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