Symposium Broyer - DEL FATTI

« Rencontres ultrarapides avec des milliers
de Nanoparticules, voir(e)… une Unique »
Natalia Del Fatti
FemtoNanoOptics group
Institut Lumière Matière

Les nanoparticules métalliques dans du verre:
→
→→
→objets d’ornement, vitraux, ...
Coupe de Lycurgus : nanotechnologie Romaine (IVème siècle)
verte en diffusion … rouge en transmission
Les nanoparticules métalliques: du IVème...au XXIème siècle
Ag Au
Europe Centrale, XVIIème
Exaltation de la réponse optique : Résonance Plasmon de Surface
Physique des nanosystèmes métalliques : études résolues en temps
XXIème
(Cuivre)

Matériaux nano-structurés
Nanoparticules (NP) métalliques :
-Synthèse physique et chimique,
différentes formes et matrices
(solide, liquide, déposées, ...)
100 nm
NPAg
NP Au
-Intermédiaires entre massif / moléculaire
D = 40 nm : ~ 2 million atomes
D = 20 nm : ~ 250 000 atomes
D = 4 nm : ~ 4000 atomes
D = 2 nm : ~ 250 atomes
D = 3 nm : même nombre d’atomes surface / cœur
-Propriétés spécifiques :
effets de confinement (diélectrique, quantique)
-Applications en optique, chimie, biologie, …
350 400 450 500 550 600
0
5
10
Longueur d'onde (nm)
σ
ext
(x10
3
nm
2
)
NP Au
NP Ag
Absorption (u.a.)

Réponse optique d'une nanoparticule métallique
R
Ee
Ei
ε
εε
ε(ω
ωω
ω)ε
εε
εm
ES
→
→→
→Résonance RPS dépend de :
- environnement (ε
εε
εm)
-forme + polarisation de la lumière (ellipsoïdes, bâtonnets, ...)
⇒
⇒⇒
⇒ signature de la géométrie de la particule et de son environnement
→
→→
→Manipulation de la lumière à une échelle sub-longueur d'onde →
→→
→Plasmonique
•Nanosphère (ε = ε
ε = εε = ε
ε = ε1
1 1
1 +
+ +
+ iε
εε
ε2
22
2) dans une matrice (ε
εε
εm) :
Théorie de Mie: Eqs. Maxwell + Conditions aux limites
[
[[
[ ]
]]
]
)(2)(
)(V18
2
2
2
m
1
2
2/3
m
absext
λ
λλ
λε
εε
ε+
++
+ε
εε
ε+
++
+λ
λλ
λε
εε
ελ
λλ
λε
εε
ε
λ
λλ
λε
εε
επ
ππ
π
=
==
=σ
σσ
σ≈
≈≈
≈σ
σσ
σ
Eekz
x
y
p
cceAx
ˆ
E
)tkz(i
i
i
+
++
+=
==
=
ω
ωω
ω
−
−−
−
xA
i
i
−
−−
−
=
==
=
Φ
ΦΦ
Φ
0
=
==
=
∆Φ
∆Φ∆Φ
∆Φ
z
•D << λ
λλ
λ: approximation dipolaire
)1)/D(/(
3
absdiff
<<
<<<<
<<λ
λλ
λ∝
∝∝
∝σ
σσ
σσ
σσ
σ
Eeélectrons
---
+
+
+
•Résonance: ε
εε
ε1(λ
λλ
λ) ≈
≈≈
≈- 2ε
εε
εm
→
→→
→Résonance Plasmon de Surface, RPS ( ⇒
⇒⇒
⇒Ei>> Ee)
(
)
τ+ωωω−ωε=ωε i)()(
2
p
b
•Métal:
ε
εε
ε1
11
1(ω
ωω
ω) négatif infrarouge / visible
Section efficace d'extinction optique σ
σσ
σext (λ
λλ
λ)
σ
σσ
σext = σ
σσ
σabs + σ
σσ
σdiff = Pabs,diff / I

Spectroscopie résolue en temps
“pompe-sonde” de nanoparticules métallique