Synthèse et design de nanorésonateurs optiques actifs dans le visible

Synthesis and design of optical nanoresonators for the visible wavelengths

• Auteur / Autrice : Véronique Many
• Direction : Mona Tréguer-Delapierre, Étienne Duguet, Serge Ravaine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 10/12/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac) - Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac ; 1963-....)
• Jury : Président / Présidente : Mario Maglione
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mona Tréguer-Delapierre, Étienne Duguet, Serge Ravaine, Mario Maglione, Alexa Courty, Miguel A. Correa-Duarte, Benjamin Abecassis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexa Courty, Miguel A. Correa-Duarte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silice

Plasmons

Colloïdes

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanorésonateur

Synthèse colloïdale

Métamatériaux

Plasmonique

Nanoresonator

Colloidal synthesis

Metamaterial

Plasmonic

Résumé

L’étude et la réalisation de métamatériaux auto-assemblés possédant une réponse magnétique aux fréquences optiques font l’objet d’un champ de recherche très actif depuis plusieurs années. De nombreux calculs théoriques ont prédit qu’un arrangement dense de briques élémentaires plasmoniques, « les méta-atomes », conduirait à des matériaux à indice négatif actifs dans le domaine du visible. Il a été démontré qu’un nano-objet ayant un coeur de silice décoré de 12 nanoparticules d’or sphériques permettrait d’optimiser le phénomène de magnétisme optique. Ma thèse repose sur l’élaboration de ces objets à partir de particules colloïdales, parfaitement symétriques, constituées d’un coeur de silice et 12 nodules de polystyrène. Ces nodules de PS pouvant être éliminés ultérieurement par dissolution. Ces objets ont permis de fabriquer des particules de silices décorées d’un nombre précis de « patchs » ou de « fossettes ». Ces objets ont été formés en grande quantité. Nous sommes parvenus à rendre les cavités de surface des particules à fossettes collantes pour des germes d’or de 2-3 nm de diamètre et initier leur croissance. Les mesures de propriétés optiques de ces dodécapodes dorés ont reflété le couplage intense existant entre les nanoparticules plasmoniques autour du coeur diélectrique. La possibilité de faire croitre de l’argent à la surface des germes d’or permet de générer des nanorésonateurs avec des modes magnétiques optiques encore plus intenses que ceux observés pour les systèmes à base d’or.

Over the last decade, the field of self-assembled metamaterials exhibiting unusual properties such as a magnetic response in the visible range represents a challenging and attracting area. Many simulations reported that a dense arrangement of specific plasmonic sub-units called “meta-atoms”, may lead to a material with a negative refractive index. It was reported by computational modelling that a dodecapod clusters made of a central dielectric core and surrounded by a controlled number of satellites (12 satellites, here) with a specific size can exhibited some interesting properties. Here, the purpose was to fabricate such clusters from colloidal particles, which are perfectly symmetrical, made of a silica core and 12 polystyrene nodules. Subsequently, those polystyrene nodules can be dissolved to get silica particles with a specific number of “patches” or “dimples”. Those objects were synthesized in a large quantity. We were able to make those dimples sticky to tiny gold seed of 2-3 nm size and to grow then for a specific size. Optical measurements reported the strong magnetic coupling in-between the plasmonic nanoparticles around the dielectric core. We also reported that growing silver on tiny gold seeds generates stronger magnetic responses than those observed from gold clusters.