Optique et structure d'agrégats métalliques à l'échelle atomique

par Alfredo Campos Otero

Projet de thèse en Nanophysique


Sous la direction de Mathieu Kociak.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Ondes et Matière , en partenariat avec Laboratoire de Physique des Solides (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 11-01-2016 .


  • Résumé

    Il est bien connu que les propriétés optiques de nanoparticules de métaux nobles, en particulier or et argent, s'écartent fortement de celles de matériaux macroscopiques. Pour des tailles comprises entre une dizaine de nanomètres à quelques centaines, elles sont dominées par les plasmons de surface (SP), très bien décrits dans des modèles purement classiques. D'un autre côté, un atome ou une petite molécule d'atomes de métaux nobles se comportent comme des objets essentiellement quantiques présentant des transitions discrètes. La transition entre le régime quantique de transition discrète et le régime purement plasmonique est un domaine pratiquement vierge–par exemple, le nombre approximatif d'atomes nécessaires pour passer au régime classique diffère d'un type de métal à un autre, et on ne connaît pas,même approximativement, ce nombre pour l'or. Il est cependant clair que de la structure atomique exacte de l'agrégat ainsi que de son environnement immédiat (substrat, dopage...) dépendent les propriétés électroniques et optiques. Les études expérimentales se sont longtemps heurtées à cette double contrainte d'obtenir la structure exacte des agrégats dans un environnement donné en parallèle à leurs propriétés optiques. Nous proposons donc d'aborder ce problème par une méthode originale. Nous chercherons à mesurer les propriétés optiques et structurales à l'échelle atomique d'agrégats individuels par des techniques de microscopie et spectroscopie électroniques. Des agrégats de tailles prédéterminées seront produits par des collaborateurs experts à l'ILM (Lyon) et plusieurs types de métaux(or, argent, cuivre)ou d'alliages et de substrats seront considérés.

  • Titre traduit

    Optics and structure of metal clusters at the atomic scale


  • Résumé

    It is well known that the optical properties of noble metal nanoparticles, especially gold and silver, separate significantly from those of macroscopic materials. For sizes between ten nanometers to a few hundred, they are dominated by surface plasmon (SP), well described in purely conventional models. On the other hand, an atom or a small molecule of atoms of noble metals behaves as a quantum object having discrete transitions. The transition between the quantum regime of discrete transitions and the purely plasmon regime is a practically a virgin field. For example, the approximate number of atoms necessary to switch to classic regime differs on the type of metal, and we do not know, even approximately, the number of atoms for gold nanoparticles. It is clear that electronic and optical properties depend on the exact atomic structure of the aggregate and its immediate environment (substrate doping ...). From long time ago experimental studies have faced some difficulties due to this dual requirement to obtain the exact structure of the aggregates in a given environment in parallel to their optical properties. We therefore propose to tackle this problem by an original method. We try to measure the optical and structural properties at the atomic scale of individual aggregates by Electron microscopy techniques and electron spectroscopy. Predetermined sizes of aggregates will be produced by expert collaborators at ILM (Lyon) and several types of metals (gold, silver, and copper) or alloys and substrates will be considered.