Propriétés optiques et thermoplasmoniques de réseaux de nanocylindres : applications à la détection de molécules et de micro-objets

par Florent Colas

Thèse de doctorat en Génie matériaux

Sous la direction de Marc Lamy de la Chapelle.

Le président du jury était Dominique Barchiesi.

Le jury était composé de Nordin Felidj, Nadia Djaker-Oudjhara, Emmanuel Rinnert.

Les rapporteurs étaient Eric Finot, Joël Charrier.


  • Résumé

    La spectroscopie Raman est une technique non-invasive, non-destructrice, permettant l’identificationdes molécules contenues dans un échantillon solide, liquide ou gazeux. Toutefois elle souffre d’un inconvénient majeur : une faible sensibilité. Cette limite est maintenant sur le point d’être repoussée grâce à l’essor du SERS (Surface Enhanced Raman Scattering, acronyme anglais de diffusion Raman exaltée de surface). Ce phénomène a été déjà mis en œuvre avec succès dans diverses applications : biomédicale, biologie, chimie analytique, science environnementale... Toutefois, malgré un nombre croissant de travaux scientifiques, certains aspects des capteurs SERS restent à étudier. Ce travail s’est focalisé sur l’étude des propriétés optiques en champs proche et lointain de réseaux de nanocylindres pour la détection de composés organiques. Les paramètres étudiés sont la période du réseau, le diamètre des cylindres, mais également le matériau constituant la nanoparticule tout comme la couche d’accroche. L’´étude des propriétés optiques nous a naturellement amené à investiguer le phénomène d’absorption. L’´énergie lumineuse incidente est convertie en chaleur. Les nanocylindres se comportent alors comme des nanosources de chaleur. Ainsi, une partie de ce travail a porté sur les effets dits de thermoplasmoniques. Une des applications que nous avons démontrée est la capacité à manipuler des micro-objets, grâce au contrôle des phénomènes d’advections.

  • Titre traduit

    Optical and thermoplasmonic properties of arrays of nanocylinders : Applications to the detection of molecules and micron-sized objects


  • Résumé

    Raman spectroscopy is a technique that is non-invasive, non-destructive, allowing the identification of the molecules contained in a solid, liquid or gaseous sample. However it suffers from one major drawback : low sensitivity. This limit is now about to be pushed through the fast growth of SERS (Surface Enhanced Raman Scattering). This phenomenon has been already implemented successfully in various applications : biomedical, biology, analytical chemistry,environmental science... However, despite a growing number of scientific works, some aspects of the SERS sensors still need to be studied. This work focused on the study of the near-field and the far-field properties of arrays of nanocylinders for the detection of organic compounds. The studied parameters are the period of the array, the diameter of the cylinders, but also the material constituting the nanoparticle as the adhesion layer. The study of optical properties naturally led us to investigate the phenomenon of absorption. The incident light energy is converted into heat. The nanocylindres then behave like nanosources of heat. Thus, part of this work focused on the effects of thermoplasmonics. One of the applications that we demonstrated is the ability to manipulate the micro-objets, thanks to the control of the phenomena of advections.


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