Long-lived submicrometric bubbles in very diluted alkali halide water solutions

Solutions of LiCl and of NaCl in ultrapure water were studied through Rayleigh/Brillouin scattering as a function of the concentration (molarity, M) of dissolved salt from 0.2M to extremely low concentration (2.10^-17 M ). The Landau-Placzek ratio, R/B, of the Rayleigh scattering intensity over the total Brillouin, was measured thanks to the dynamically controlled stability of the used Fabry-Perot interferometer. It was observed that the R/B ratio follows two stages as a function of increasing dilution rate: after a strong decrease between 0.2M and 2.10^-5 M, it increases to reach a maximum between 10^-9 M and 10^-16 M. The first stage corresponds to the decrease of the Rayleigh scattering by the ion concentration fluctuations with the decrease of salt concentration. The second stage, at lower concentrations, is consistent with the increase of the Rayleigh scattering by long-lived sub-microscopic bubbles with the decrease of ion concentration. The origin of these sub-microscopic bubbles is the shaking of the solutions which was carried out after each centesimal dilution. The very long lifetime of the sub-microscopic bubbles and the effects of aging originate in the electric charge of bubbles. The increase of R/B with the decrease of the low salt concentration corresponds to the increase of the sub-microscopic bubble size with the decrease of concentration, that is imposed by the bubble stability due to the covering of the surface bubble by negative ions.Comment: 6 figures. To be published in Physical Chemistry and Chemical Physics (PCCP

Simple model for the vibrations of embedded elastically cubic nanocrystals

The purpose of this work is to calculate the vibrational modes of an elastically anisotropic sphere embedded in an isotropic matrix. This has important application to understanding the spectra of low-frequency Raman scattering from nanoparticles embedded in a glass matrix. First some low frequency vibrational modes of a free cubically elastic sphere are found to be nearly independent of one combination of elastic constants. This is then exploited to obtain an isotropic approximation for these modes which enables to take into account the surrounding isotropic matrix. This method is then used to quantatively explain recent spectra of gold and copper nanocrystals in glasses.Comment: 6 pages, 5 figure

Modes de basse fréquence de petites nanoparticules (nanocristaux métalliques) et de grosses nanosphères (virus) : une étude par diffusion inélastique de la lumière

The doctoral thesis “Low frequency modes from small nanoparticles (metal nanocrystals) to large nanospheres (viruses): an inelastic light scattering study“ is dedicated to investigations of the acoustic properties of different nano-objects : small metal nanoparticles and nanocrystals (D < 30 nm) and large colloid/viral particles (D _ 200 nm). Inelastic light Raman/Brillouin scattering is used as the main research tool to probe the nanoparticle vibrations and to determine their elastic and mechanical parameters. In the first chapter, the well developed theory of elasticity is used to perform a qualitative and nomenclatural analysis of solid sphere vibrations ; several theoretical models allowing to describe the nanoparticle vibrational behavior within a surrounding medium and how the eigenvibrations are modified due to inner crystalline elastic anisotropy are discussed. The second chapter is dedicated to the description of the physics of inelastic light scattering which derives from the fluctuations of the polarizability induced by vibrations. Two types of inelastic light scattering are described : Brillouin scattering which results from the coupling of incident light (photon) with acoustic propagative waves (phonon) in a bulk substance and Raman scattering which is a result of the interaction between an incident photon and localized vibrations, hence nanoparticle vibrations in the present study. As essential in our study, the detailed description and principles of operation of the spectroscopic tools (tandem Fabry-Perot) used to perform these very low frequency inelastic light scattering spectroscopies (between 3 and 300 GHz typically) are given. The third chapter focuses on the study of low frequency modes from small metallic nanoparticles. Three systems are investigated : AuAg and Cu nanoparticles embedded in a vitreous matrix and Au nanocrystals deposited on a surface. The AuAg system allowed to study a notably rich Raman spectrum featuring contributions from fundamental modes and high order harmonics. The experimental data were found to compare rather well with theoretical predictions, thereby providing more insight into the essential ingredients of Raman scattering from nanoparticle modes. The study of deposited Au nanocrystals allowed characterizing the effect of nanocrystalline quality which results in a partial lifting of degeneracy of the nanoparticle modes due to elastic anisotropy. Investigating the wavelength dependence of the Raman spectrum allows a differentiation between single nanocrystals and multiply twinned nanoparticles. Both embedment effects and nanocrystallinity effects are integrated in the study of Cu nanoparticles grown in a glass matrix, where the influence of annealing conditions on the produced nanoparticles was investigated. It was shown that different annealing temperatures [...] result in very different low frequency Raman profiles. [...] The forth chapter reports on the exploration of the possible use of the low frequency inelastic light scattering probe in the characterization of large viruses, as illustrated in the third chapter for small nanoparticles. In order to address the change of the light selection rules as the wavelength of the exciting light becomes comparable to the size of the nanoparticles, the behaviors of the viruses are compared to those of polymer colloids. Ultra Small Angle X-ray Scattering and Atomic Force Microscopy are used to first ensure the comparableness of viruses and polystyrene colloids in terms morphologies. On the basis of the inelastic light scattering data obtained for PS colloids [...], we discuss the difficult interpretation in termsof eigenmodes of the virus counterparts.La thèse de doctorat “Modes de basse fréquence de petites nanoparticules (nanocristaux métalliques) et de grosses nanosphères (virus) : une étude par diffusion inélastique de la lumière” est dédiée à l’investigation des propriétés acoustiques de différents nano-objets: nanoparticules métalliques (D<30 nm) d’une part et colloïdes/particules virales (D~200 nm) d’autre part. La diffusion inélastique de la lumière (Raman/Brillouin) est utilisée comme instrument de recherche principal pour étudier les vibrations de nanoparticules et pour déterminer leurs paramètres élastiques et mécaniques. Dans le premier chapitre de ce travail, la théorie d’élasticité continue est utilisée afin de présenter une analyse qualitative et de nomenclature des vibrations de sphères solides ; plusieurs modèles théoriques, permettant de décrire le comportement vibrationnel de nanoparticules dans un milieu environnant, et comment celui-ci dépend de l’anisotropie inhérente à une structure cristalline interne, sont discutés. Le deuxième chapitre est consacré à la description physique de la diffusion inélastique de la lumière provenant des fluctuations de polarisabilité induite par les vibrations. Deux types de diffusion inélastique de la lumière sont décrits : la diffusion Brillouin, associée au couplage de la lumière incidente (photon) avec les ondes acoustiques (phonon) dans un matériau massif, et la diffusion de Raman provenant de l’interaction entre un photon incident et des vibrations localisées, comme les vibrations de « petites » [...] nanoparticules. La description détaillée et les principes d’opération des instruments spectroscopiques (tandem Fabry-Pérot) utilisés pour réaliser ces recherches (diffusion inélastique aux basses fréquences, entre 3 et 300 GHz) sont donnés. Le troisième chapitre se focalise sur l’étude des modes basse fréquence de petites nanoparticules métalliques. Trois systèmes sont étudiés : des nanoparticules d’alliage AuAg et de Cu insérées dans une matrice vitreuse et des nanocristaux d’Au déposés sur une surface. Le système AuAg permet d’étudier un spectre Raman remarquablement riche présentant des contributions des modes fondamentaux et des harmoniques d’ordre élevé. Les données expérimentales s’accordent relativement bien avec les calculs théoriques, étayant ainsi la compréhension des ingrédients essentiels de la diffusion Raman par les modes de nanoparticules. L’étude des nanocristaux d’Au déposés a permis de caractériser l’effet de la qualité nanocristalline à travers la levée de dégénérescence partielle des modes de nanoparticules du fait de l’anisotropie élastique. L’étude de la dépendance des spectres Raman en longueur d’onde permet de différencier mono-nanocristaux et nanoparticules polycristallines. Les effets de matrice et de nanocristallinité sont intégrés dans l’étude des nanoparticules de Cu formées dans une matrice vitreuse, où l’influence des conditions de recuit sur les nanoparticules produites a été étudiée. Différentes températures de recuit […] conduisent à des profils Raman basses fréquences très différents. […] Le quatrième chapitre rapporte l’exploration d’une éventuelle exploitation de la diffusion inélastique de la lumière pour la caractérisation de gros virus, comme illustré dans le troisième chapitre pour le cas des petites nanoparticules. Afin de mieux appréhender la relaxation des règles de sélection, puisque la longueur d’onde de la lumière devient comparable à la taille des nanoparticules, le comportement des virus a été comparé à celui de polymères colloïdaux. La Diffusion de Rayons X aux Très Petits Angles (USAXS) et la Microscopie à Force Atomique (AFM) sont utilisées pour garantir la bonne comparaison morphologique entre les virus et des colloïdes de polystyrène. La comparaison des spectres Raman/Brillouin de culots concentrés de virus et de colloïdes de polymère […] permet de discuter l’existence des modes de basse fréquence dans les nanoparticules virales

Viruses as nanoparticles: Structure versus collective dynamics

International audienc

Assessing the relevance of building block crystallinity for tuning the stiffness of gold nanocrystal superlattices

International audienceWe study the influence of the size and nanocrystallinity of dodecanethiol-coated gold nanocrystals (NCs) on the stiffness of 3D self-assembled NC superlattices (called supracrystals). Using single domain and polycrystalline NCs as building blocks for supracrystals, it is shown that the stiffness of supracrystals can be tuned upon change in relative amounts of single and polycrystalline NCs

Neuropsychological diagnostics of neurosarcoidosis

This article presents the results of neuropsychological studies of the patients with neurosarcoidosis. The obtained results show that typical manifestations of neurosarcoidosis are disorders of motor functions. They appear in the speed reduction of actions and their accuracy, which prove peripheral neuropathy and myopathy at the functional level as clinical signs of neurosarcoidosis. Specific manifestations of neurosarcoidosisare determinedby topographical localization of granulomatoma