Axes thématiques

Axe 1 : Elaboration de systèmes plasmoniques hybrides

Pour concevoir des systèmes présentant des fonctionnalités spécifiques, il est nécessaire d’avoir une réflexion sur la conception de ces systèmes en amont pour lui donner la structure adéquate et assurer un contrôle et une reproductibilité de leurs propriétés.

Cet axe inclut  la synthèse de nanoparticules ainsi que leur fonctionnalisation de surface. En effet, pour le développement de ces systèmes plasmoniques hybrides, il est nécessaire de coupler des techniques de fabrications chimiques et physiques. L’objectif est alors de greffer de façon contrôlée des molécules fonctionnelles à la surface des nanoparticules de métaux. Ceci implique différentes étapes: modification chimique des espèces, fonctionnalisation, contrôle de la présence, de l’orientation et de la structure des espèces fonctionnalisées.

Dans le cadre du GdR PMSE, les nanomatériaux hybrides seront formés à partir de nanoparticules élaborées dans des métaux pour lesquels il est possible de générer des plasmons de surface (Au, Ag, Cu, Al…). Puis, des molécules diverses (tout type d’espèces chimiques et biologiques) seront déposées ou greffées à leur surface.

 

Axe 2 : Propriétés physiques et chimiques des systèmes plasmoniques hybrides

L’objectif de cet axe est l’analyse fine et une meilleure compréhension des phénomènes d’interaction particule / molécule :

  • Interaction lumière-nanostructures hybrides : plasmons, phénomènes d’exaltation électromagnétique, modulation, commutation et contrôle des propriétés optiques, effet de non linéarité ;
  • Interaction molécule-nanoparticules : exaltation chimique, modification des polarisabilités, transfert de charges, création ou recombinaison de paires électron-trou.

Ces études reposent sur des approches théoriques diverses et expérimentales. Un des objectifs serait notamment de mettre en commun les résultats obtenus avec des techniques spectroscopiques et des approches numériques et de les confronter (approche multiparamétrique).

De nombreuses techniques expérimentales seront utilisées pour l’étude et la caractérisation des systèmes plasmoniques hybrides : spectroscopies vibrationnelles (Raman, IR), fluorescence, LSPR, champ proche optique AFM, STM, (transfert de charge, molécules uniques), MEB, MET, XPS… Toutes ses techniques seront riches en informations physico-chimiques et seront complémentaires.


Axe 3 : Spectroscopies exaltées de surface ou par pointe

Parmi les techniques de caractérisation physico-chimiques présentées précédemment, les méthodes de spectroscopies exaltées de surface ou par pointe sont directement au cœur de la thématique de la plasmonique moléculaire.

En effet, l’utilisation de l’exaltation locale du champ électromagnétique par l’intermédiaire du plasmon de surface induit une exaltation du signal spectroscopique.

Ce principe a été exploité pour plusieurs types de spectroscopies : SERS, SEIRA, TERS, TEIRA, SEF, TEF, que ce soit par l’intermédiaire d’une surface nanostructurée ou d’une pointe.

Ces techniques sont d’autant plus importantes qu’elles nous permettent une caractérisation locale du champ proche de la nanostructure métallique (exaltation, confinement du champ…) et une caractérisation des molécules en interaction avec la surface (modification de structure, transfert de charges…).

 

Axe 4 : Applications

 

De nombreuses applications sont envisageables à partir de l’utilisation de la plasmonique moléculaire et des spectroscopies exaltées :

  • l’analyse par spectroscopies exaltées de surface (identification moléculaire, caractérisation physico-chimique…)
  • l’imagerie et la détection : capteurs chimiques et biologiques, nanomedecine (imageries in vitro et in vivo, capteurs) « molécule unique » (détection de traces, impureté…)…
  • l’amplification d’une propriété reposant sur un mécanisme de transfert de charge (stockage de l’information, photovoltaïque organique, OLED)
  • modulateur optique

Il est donc important de dédier un axe du GdR spécifiquement à ces applications non seulement pour mettre en avant le fort potentiel de valorisation des recherches de ce domaine auprès d’utilisateurs finaux, mais également pour appréhender la conception des systèmes plasmoniques hybrides du point de vue du même utilisateur final en y intégrant les contraintes liées à leur utilisation en conditions réelles dès le démarrage des développements.


 
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