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Fiche détaillée Thèses
Université Joseph-Fourier - Grenoble I (14/12/2009), Serge Huant (Dir.)
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Sondes actives pour l'optique en champ proche à base de nanoparticules isolantes ou de nanodiamants fluorescents
Aurélien Cuche1

Dans la configuration dite " NSOM à ouverture ", la résolution optique est dans le meilleur des cas comprise entre 50 et 100 nm. Afin de sonder les propriétés optiques de nanosystèmes, aux dimensions toujours plus petites, une résolution optique plus fine est souhaitable. Pour remplir cet objectif, la solution que nous proposons est l'utilisation d'une sonde active. Une telle sonde repose sur le greffage d'un nano-objet fluorescent à l'apex d'une pointe optique classique. En théorie, la résolution latérale en champ proche devrait être dictée par la taille de ce nano-émetteur (<< 50 nm). Sur la base des travaux réalisés précédemment dans le laboratoire, nous présentons ici deux nouvelles méthodes pour réaliser une telle sonde. Celles-ci impliquent deux types de nanoparticules complémentaires à la taille et aux propriétés optiques attrayantes (forte émission dans le visible, photostabilité). Une première approche a été développée à partir d'un ensemble de nanoparticules de YAG, dopées par des ions cérium, produites et déposées en bout de pointe par LECBD (Low Energy Cluster Beam Deposition). La seconde approche consiste à sélectionner et à fixer en bout de pointe de manière contrôlée (grâce à un polymère) un nanodiamant, contenant des centres colorés (NV), déposé sur une lame de microscopie. L'avancement des travaux est présenté pour les deux types de nano-objets. La mise au point et l'utilisation pour l'imagerie NSOM d'une sonde active à photons uniques, basée sur nanodiamant de 20 nm contenant un seul centre NV et fonctionnant à température ambiante, sont aussi discutées. Au-delà du gain en résolution que peut apporter une telle sonde, ce nouveau type de pointe à photons uniques ouvre de nouvelles perspectives aussi bien en optique et plasmonique quantiques qu'en magnétométrie à haute résolution et haute sensibilité.
1 :  NEEL - Institut Néel
CP NOF
Champ proche optique – nanodiamants – nanoparticules isolantes – corrélation de photons

Active probes for near-field optics based on insulating nanoparticles or fluorescent nanodiamonds
In the " aperture NSOM " configuration, the optical resolution is limited to 50-100 nm in the best cases. In order to probe the optical properties of systems which exhibit dimensions at the nanoscale, a better optical resolution would be advantageous. To reach this goal, we suggest the use of an optical active probe. This kind of probe is based on a fluorescent nano-emitter grafted at the apex of a classical dielectric optical probe. The resolution expected in the optical near-field should be ultimately only limited by the size of the nano-object, that is well below 50 nm. On the basis of previous works done in our laboratory, we present here two new methods for obtaining such optical active probes. These new probes involve two complementary kinds of nanoparticles with attractive sizes and good optical properties (like high emission rate in the visible and excellent photostability). The first method implies YAG nanoparticles synthesized and deposited at the apex of a probe using LECBD (Low Energy Cluster Beam Deposition). The second approach is based on the in situ selection of a nanodiamond hosting color centers (NV) which is attached onto the tip with the help of a charged polymer. Finally, we report on the realization of a room-temperature scanning single-photon probe based on a 20 nm nanodiamond hosting a single NV center, which has been successfully used for NSOM imaging. Such tips should ultimately offer a better resolution than classical optical near-field probes, and should also open new perspectives in various fields like quantum optics/plasmonics or high-resolution, high-sensitivity magnetometry.
Near-field optics – nanodiamonds – insulating nanoparticles – photon correlation