Morphologie et auto-organisation de nanoparticules d'argent dispersées dans les matrices diélectriques (influence sur les propriétés optiques)

Abstract

L objectif de ce travail est d ajuster la position spectrale de la résonance plasmon de surface de nanoparticules de métaux nobles dispersées dans un matrice diélectrique, en contrôlant leur morphologie et leur organisation spatiale. Nous montrons que lorsque la croissance est réalisée sur des substrats plans, il est possible de jouer sur la nature de la matrice pour modifier le rapport d aspect hauteur sur diamètre H/D des particules, et donc leur réponse optique. Des analyses structurales quantitatives menées par microscopie électronique en transmission à balayage (HAADF-STEM) font apparaître que H/D est une fonction décroissante du diamètre D, indépendamment de la quantité de métal déposé. Afin de comprendre ces effets de la matrice sur les propriétés structurales et optiques des particules, différentes études (influence du métal et de la quantité déposés, présence d une couche tampon, influence des conditions d élaboration, vitesse de recouvrement des particules, . . . ) sont menées et des simulations numériques des spectres de transmission sont réalisées en intégrant dans un modèle de Yamaguchi les paramètres structuraux issus de l analyse HAADF. Une autre approche consiste à utiliser des surfaces d alumine nanostructurées afin d induire une organisation surfacique des particules et ainsi entraîner une anisotropie de leurs propriétés optiques. Nous montrons que selon la géométrie de dépôt utilisée (incidence normale, incidence rasante, orientation et angle d incidence du flux atomique), il est possible par effet d ombrage de sélectionner le type de facettes sur lesquelles la croissance a lieu, et par conséquent d organiser les nanoparticules d argent sur la surface sous forme de bandes ou de chaînes linéaires, dont les propriétés optiques présentent une dépendance à la polarisation de la lumière incidente.The aim of this work is to adjust the spectral position of the surface plasmon resonance of noble-metal nanoparticles embedded in a dielectric matrix by tailoring their morphology and their spatial organization. We show that when the growth is performed on plane substrates, it is possible to modify the aspect ratio of the particles H/D, and thus their optical response by changing the nature of the matrix. Quantitative structural analyzes carried out by using high angle annular dark field scanning transmission electronic microscopy (HAADF-STEM) imaging reveal that H/D is a decreasing function of the diameter D, independently of the deposited metal amount. In order to understand these effects of the matrix on the structural and optical properties of the particles, various studies (influence of the metal and deposited amount, presence of a buffer layer, influence of the elaboration conditions, covering rate of the particles,. . . ) are presented and numerical simulations of the optical spectra are proposed by integrating the structural parameters from the HAADF analysis in a model of Yamaguchi. A second step consists in using nanostructured sapphire surfaces in order to induce a surface organization of the particles, and thus to involve an anisotropy of their optical properties. We show that according to the geometry used during the deposition (normal incidence, grazing incidence, orientation and angle of incidence of atomic flux), it is possible to select the type of facets on which the growth takes place (shadowing effect), and consequently to elaborate self-organized systems of metal nanoislands constituted of stripes or linear chains of particles, whose optical properties display a light-polarization dependence.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF