Gold Nano and Supracrystals: Influence of Nanocrystallinity

Nano et supracristaux d'or: sur l'influence de la nanocristallinité

Nicolas Goubet (1, 2)

1 LPS - Laboratoire de Physique des Solides
2 MONARIS - De la Molécule aux Nanos-objets : Réactivité, Interactions et Spectroscopies

This thesis deals with the influence of crystal defects of gold nanocrystals, especially on the synthesis and self-assembly of gold nanocrystals whose crystal defects and size are controlled. During this work, a method have been developed to separate single and polycrystals with similar size using crystalline segregation. Then, these nanocrystals have been used as seeds for a second crystal growth in order to expand their size from 5 nm to 13 nm in diameter. The plasmonic and vibrational properties of these gold nanocrystals have also been studied. The obtained nanocrystals exhibit low size distribution that allows their self-assemblies into three dimensional ordered lattice, called supracrystals. Negative supracrystals and vicinal surfaces have been observed under specific self-assembly conditions. Moreover, it is possible to obtain supracrystals with submillimeter size containing only either single or polycrystals and study them in an individual way by X-ray diffraction. It has also been possible to correlate the translational and orientational order of gold nanocrystals within the supracrystalline lattice.

Cette thèse porte sur l’influence des défauts cristallins des nanocristaux d’or. Elle traite de la synthèse et de l’assemblage de nanocristaux d’or dont la taille et le taux de défauts cristallins sont contrôlés. Au cours de ce travail, une méthode permettant de séparer des nanocristaux de même taille mais soit mono-, soit polycristallines a été mise au point pour ensuite les utiliser comme graines de croissance cristalline afin d’étendre le contrôle de taille de 5 à 13 nm. Les propriétés plasmoniques ainsi que vibrationnelles de ces nanocristaux d’or ont pu ainsi être étudiées en fonction de la présence ou non de défauts cristallins. Les nanocristaux synthétisés lors de cette thèse présentent une distribution de taille suffisamment faible pour permettre leur auto-assemblage en réseau ordonné à trois dimensions, appelés supracristaux. L’apparition de supracristaux inverses et de surfaces vicinales a pu être observée dans certaines conditions d’assemblage. De plus, il est aussi possible d’obtenir des supracristaux de taille submillimétrique ne contenant que des nanocristaux mono- ou polycristallines, et pouvant être étudiés individuellement par diffraction de rayons X. Il a ainsi été possible de corréler l’ordre orientationnel et translationnel des nanocristaux dans le réseau supracristallin.

Mots clés: gold nanocrystals; crystal defects; supracrystals; self-assembly; orientational order; small angle X-ray scattering; wide angle X-ray scattering; nanoparticle superlattice; supercrystals

Mots clés: Nanocristaux d’or; défauts cristallins; supracristaux; auto-assemblage; ordre orientationnel; diffraction de rayons X aux petits angles; diffraction de rayons X aux grands angles; supercristaux

Domaines: Matériaux; Cristallographie; Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]; Matière Molle [cond-mat.soft]; Chimie-Physique [physics.chem-ph]

Nicolas Goubet. Nano et supracristaux d'or: sur l'influence de la nanocristallinité. Matériaux. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01361854⟩