Transfert d’énergie dans les hybrides métal/molécules

Energy transfer in metal/molecule hybrids

• Auteur / Autrice : Antoine Bard
• Direction : Joël Bellessa, Bruno Andrioletti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/01/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Catherine Journet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joël Bellessa, Bruno Andrioletti, Catherine Schwob, Elizabeth Boer-Duchemin, Davy Gérard, Aurélien Drezet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Schwob, Elizabeth Boer-Duchemin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmons

Porphyrines

Nanoparticules

Transfert d'énergie

Mots clés libres

Couplage fort

Transfert d'énergie

Plasmons de surface

Plasmons localisés

Nanoparticules

Porphyrines

J-agrégats

Métasurfaces

Strong coupling

Energy transfer

Surface plasmons

Localized plasmons

Nanoparticules

J-aggregats

Metasurfaces

Porphyrins

Résumé

Cette thèse porte sur l'étude du transfert d'énergie entre deux molécules organiques en régime de couplage fort. Ce régime est une interaction lumière/matière correspondant au couplage des états excités des molécules, les excitons, à un même mode optique, le plasmon. Ce dernier correspond à la résonance des électrons libre du métal et peut se propager à la surface d'une couche ou être localisé autour de nanoparticules métalliques. Dans cette thèse nous nous sommes penchés sur deux applications du transfert d'énergie en couplage fort: le transfert à longue distance sur des couches et la réactivité chimique avec des nanoparticules. Le transfert d'énergie, à longue distance, a été observé et caractérisé sur des métasurfaces constituées de deux matériaux spatialement séparés de quelques micromètres. Ces échantillons sont les produits d'une méthode d'élaboration complexe et nouvelle: le double micro-tamponnage. Pour la chimie nous avons réussi à obtenir un couplage fort avec des molécules de porphyrines greffées autour de nanoparticules métalliques. Ceci nous a demandé de développer des méthodes de greffages appropriées à nos conditions. C'est une première étape importante qui a été franchie pour pouvoir greffer une deuxième molécule et observer un transfert d'énergie sur les nanoparticules.

This thesis deals with the study of energy transfer between two organic molecules in the strong coupling regime. This regime is a light/matter interaction corresponding to the coupling of the excited states of the molecules, the excitons, to a single optical mode, the plasmon. The latter corresponds to the resonance of free electrons of the metal and can propagate on the surface of a layer or be localized around metal nanoparticles. In this thesis we have focused on two applications of strongly coupled energy transfer: long distance transfer on layers and chemical reactivity with nanoparticles. Long range energy transfer has been observed and characterized on metasurfaces made of two materials spatially separated by a few micrometers. These samples are the object of a complex and new method of elaboration: the double microstamping. For photochemistry we succeeded in obtaining a strong coupling with porphyrin molecules grafted around metal nanoparticles. This required us to develop grafting methods adapted to our conditions. This is a first important step to be able to graft a second molecule and observe an energy transfer on the nanoparticles.