Contrôler l’orientation de nanoparticules pour une interaction lumière-matière maîtrisée

Pour transmettre rapidement des informations numériques, la lumière est utilisée en exploitant ses propriétés telles que son intensité, sa fréquence, sa phase et sa polarisation…. En effet, c’est le vecteur d’information le plus rapide et les propriétés de la lumière, en particulier sa polarisation circulaire (ou hélicité*), sont parfaitement préservées lors de sa propagation dans l’espace, même sur de longues distances.Les scientifiques se penchent donc sur les matériaux susceptibles de générer ou de transporter une lumière aux caractéristiques bien définies.

Une partie des recherches porte actuellement sur des nanomatériaux dont les électrons de surface peuvent interagir avec la lumière pour créer des plasmons. Ces ondes de densité électronique se déplaçant à la surface du matériau plasmonique pourraient être capables de transporter des informations lumineuses à des fréquences très élevées. Pour générer ces plasmons, l’assemblage des nanoparticules constituant le matériau final ne doit pas être parfaitement organisé (comme les cristaux), ni totalement amorphe. C’est ce désordre qui est à l’origine des propriétés photoniques de ces systèmes.

Cependant, l’auto-assemblage des nanoparticules conduit généralement à des matériaux de structure simple et ordonnée, en raison de la symétrie des nanoparticules. Une façon de guider l’auto-assemblage vers des systèmes plus désordonnés est de confiner la réaction dans un espace restreint. Des scientifiques du Laboratoire de physique des solides (CNRS/Université de Paris-Saclay), l’Institut Charles Sadron (CNRS/Université de Strasbourg) et la ligne de lumière SWING du synchrotron SOLEIL ont ainsi réalisé l’auto-assemblage de nanoparticules d’or par évaporation à l’intérieur de petites cavités de formes différentes. Les équipes ont montré que différents motifs cristallins (bâtonnets, pyramides…) se formaient en fonction de la forme de la cavité. Elles ont montré, en utilisant une approche multi-échelles**, l’influence de cette géométrie sur la croissance d’un domaine cristallin et sur la formation des joints de grains (défauts cristallins).

Ces résultats, publiés dans la revue ACS Nano, montrent qu’il est possible de contrôler l’orientation des nanoparticules et la formation des défauts lors de leur auto-assemblage.Des recherches qui pourraient avoir des applications en plasmonique, où l’interaction lumière-matière doit être parfaitement contrôlée.

* Aussi appelée hélicité, elle représente le sens de rotation de la composante électrique de la lumière (horaire ou antihoraire) autour de son axe de propagation.

** En utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) conventionnelle, un microfaisceau de rayons X (µSAXS) pour la spectroscopie d’absorption, et la microscopie électronique à balayage.

Rédacteur : CCdM