Nanomaterial synthesis and assemblies for solution-processed gap plasmon resonators

Les nanocavités plasmoniques peuvent confiner la lumière dans des volumes extrêmement réduits, renforçant ainsi le champ électromagnétique et offrant une plateforme hautement sensible et reproductible. Cette accordabilité est obtenue en ajustant la taille des nanoparticules, l’espacement des écarts et l’indice de réfraction des entretoises. Ces phénomènes attirent l’attention des communautés de la nanophotonique et de la nanoélectronique en raison de leur potentiel dans des applications optoélectroniques, quantiques et capteurs. Dans cette thèse, nous avons étudié des résonateurs à plasmons d’écart composés de nanocubes d’argent séparés d’un miroir en or par de fines couches diélectriques (Al2O3, TiO2). Pour exploiter pleinement le potentiel des nanocubes, une compréhension approfondie de la relation entre structure et réponse plasmonique est cruciale. Des techniques de caractérisation statistiques et corrélatives sont utilisées. Nous avons mesuré la réponse optique et effectué des analyses corrélatives en microscopie SEM sur plus de 800 résonateurs individuels afin de révéler la distribution statistique des modes de plasmon et d’évaluer l’impact de l’épaisseur diélectrique, de la taille des nanocubes et de l’indice de réfraction. De plus, nous montrons que cette plateforme permet d’évaluer l’élimination des ligands de recouvrement résiduels (comme le PVP) à la surface des nanocubes, un aspect qui peut affecter les performances en nanoélectronique. En effectuant des mesures résolues en polarisation sur des couches de TiO2 recuites (2-4 nm), nous avons observé une division inattendue de la résonance fondamentale en deux modes. Les mesures de polarisation ont permis d’associer ce phénomène à un comportement biréfringent du système, ouvrant la voie à de nouvelles applications des plasmons d’écart. En parallèle, nous avons étendu notre travail au développement de capteurs optiques basés sur des nanocubes pour la détection de vapeurs organiques. Ces capteurs plasmoniques présentent des applications importantes dans divers secteurs, notamment la surveillance environnementale et les procédés chimiques. Les interactions des vapeurs organiques avec les polymères modifient la réponse plasmonique, ce qui permet la détection efficace de composés organiques volatils (VOC) et d’autres analytes gazeux.Notre précédente conception de nanocavités plasmoniques intégrait des polymères comme entretoises dans les résonateurs. Des films minces de polymères tels que le polyvinylpyrrolidone (PVP), les multicouches polyelectrolytiques (PEM), le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) et le polystyrène (PS) offrent des perspectives intéressantes pour la détection des vapeurs organiques, notamment pour surveiller l'humidité relative et les polluants comme les VOC (humidité, acétone, isopropanol, éthanol, méthanol, chloroforme, toluène et xylène). Ces polymères peuvent se dilater ou se contracter sous l’effet de différentes vapeurs, ce qui provoque des variations d’épaisseur et améliore la rapidité de la réponse plasmonique. En étudiant la relation entre les propriétés des polymères, la conception des nanocavités et les performances des capteurs, nous visons à développer une nouvelle génération de capteurs plasmoniques, à la fois sensibles, sélectifs et robustes, capables de s’adapter à une large gamme de conditions environnementales