Optical Properties of Metal Nanostructures as Probed by Photosensitive Molecules
Propriétés Optiques de Nanostructures Métalliques sondées par des molécules photosensibles
Résumé
While past research has considered the interaction between metal nanoparticles and photosensitive molecules, especially the possibility of initiating nanoscale photopolymerization based on the localized surface plasmons of such particles, this PhD dissertation describes the in-depth characterization and optimization of such interactions that result in nanoscale photopolymerization. The present work demonstrates our ability to use the nanophotopolymerization process to quantitatively map with unprecedented resolution, better than 5 nm, both, the near-field of metallic nanoparticles associated with their localized surface plasmons, and the local electric fields resulting from surface charges density at metal/dielectric interfaces.
We will emphasize that a precise characterization of the nanoscale molecular mold of the confined electromagnetic field of metal colloids enabled us to quantify the near-field depth and its enhancement factor. Moreover, a near-field spectrum corresponding to the response of localized surface plasmons of a single metal nanoparticle will be assessed.
Additionally, we present nanoscale resolution maps of the spatial distribution of the surface charge density created by the electric field discontinuity at a non-resonant metal/dielectric interface. Furthermore, this work will prove that the nanoscale photopolymerization approach does not only map the near-field of metal nanoparticles, yet it constitutes, from a more fundamental point of view, a unique opportunity to investigate nanophotochemistry.
Les premières études dans ce domaine ont examiné l'interaction entre les structures métalliques et les molécules photosensibles et ont prouvé la possibilité de déclencher une photopolymérisation à l'échelle nanométrique, par le biais des plasmons de surface de ces nanoparticules. Il a été également montré que la nanophotopolymérisation constitue une technique puissante pour l'imagerie du champ proche des nanostructures, évitant ainsi la perturbation de la physique de l'échantillon en apportant une sonde à proximité.
Au cours de cette thèse, nous avons été beaucoup plus quantitatifs que nos prédécesseurs dans ce domaine. En irradiant les nanoparticules de métal à leur résonance, nous avons moulé le profil dipolaire du champ électromagnétique par un polymère photo-actif, avec une résolution inédite de 5 nm. Ensuite et par une caractérisation précise des moules polymères, des valeurs précises du facteur d'exaltation et de la profondeur du champ proche de colloïdes d'argent ont été extraites. En outre, nous avons montré notre capacité à avoir une signature spectrale de la résonance plasmon d'une nanoparticule métallique unique directement en champ proche.
En outre, nous présentons des cartes de résolution nanométrique de la distribution spatiale de la densité surfacique de charge créée par la discontinuité du champ électrique au niveau d’une interface métal non-résonant/diélectrique. Enfin, ce travail a prouvé que l'approche de nanophotopolymérisation constitue, d’un point de vue fondamental, une opportunité pour étudier la nanophotochimie.