Empilements avec nanoparticules plasmoniques : de la synthèse par pulvérisation à l'impact du couplage entre les particules sur les propriétés optiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Thin film stack containing plasmonic nano-particles : from elaboration by sputtering to the impact of the interparticle coupling on the optical properties

Empilements avec nanoparticules plasmoniques : de la synthèse par pulvérisation à l'impact du couplage entre les particules sur les propriétés optiques

Marie-Caroline Solignac
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1268176
  • IdRef : 270955003

Résumé

Plasmonic resonances of metallic nanoparticles are responsible for a strong extinction of light (by absorption or by scattering) around a wavelength dependent on the nanoparticles properties and their environment. Those resonances can be used to improve the optical properties of functionalized glazing. This work aims at understanding the impact of the morphology of a layer of particles fabricated by magnetron sputtering deposition (shape and size of particles, distance between particles) on the plasmonic resonances, thanks to a precise characterization and a modelling of their optical properties. We elaborated simplified stacks inspired from an industrial functionalized glazing, studying a stack made of a thin layer of Ag in between two layers of aluminum doped zinc oxide (AZO). In this stack, silver nanoparticles are obtained by interruption of the layer growth. With the help of in situ and real time tools and with the definition of a robust protocol for the characterization of the nanoparticles layer, we revealed the impact of fabrication parameters, such as silver amount and deposition parameters, on the morphology of this nanostructured layer and on the corresponding optical properties. Hence, we showed that our fabrication method produces films of tiny nanoparticles (1-10 nm) randomly placed and distant of 1 to 10 nm. For the modelling, we used multiple scattering theory to study the impact of the interaction between particles on the plasmonic resonance. From the numeric resolution of T-matrix for an ensemble of particles, we showed that the interaction between particles in the case of a layer of particles really close to each other strongly modifies the shape of the resonance. A disordered arrangement of particles favors a strong and wide extinction peak whereas an ordered arrangement would favor a thinner and weaker extinction peak.
Les résonances plasmoniques des nanoparticules de métal conduisent à une très forte extinction (par absorption ou par diffusion) de la lumière autour d’une longueur d’onde bien précise liée aux propriétés des nanoparticules et de leur environnement. Ces résonances peuvent être mises à profit pour améliorer les performances optiques des vitrages fonctionnalisés. L’objectif de ces travaux est de comprendre l’impact de la morphologie d’une couche de nanoparticules obtenue par pulvérisation cathodique magnétron (taille et forme des nanoparticules, distances entre les particules) sur ces résonances grâce à une caractérisation poussée et à la modélisation de leur réponse optique. Pour ce faire, des systèmes ayant suffisamment de complexité pour être représentatifs d’un vitrage fonctionnalisé industriel sont élaborés, en réduisant l’empilement de couches minces à une couche d’Ag entre deux couches d’oxyde de zinc dopé Al (AZO) de 5 nm. L’intérêt de cette approche est de pouvoir élaborer une couche de nanoparticules d’argent obtenue par interruption de la croissance avant la formation d’une couche continue puis encapsulée dans 10 nm d’AZO. Grâce à des méthodes de suivi in situ et en temps réel et à la définition d’un protocole fiable de caractérisation des nanoparticules, nous avons montré l’impact de leviers de fabrication, tels que la quantité d’argent et les paramètres de dépôt, sur la morphologie des couches et sur leurs propriétés optiques. Ainsi nous montrons que notre protocole de fabrication permet d’obtenir des films composés de très petites particules (1-10 nm) réparties aléatoirement et distantes de 1 à 10 nm. Dans le volet modélisation, nous avons utilisé le cadre théorique de la diffusion multiple pour montrer l’impact des interactions entre particules sur la résonance plasmonique. A partir de la résolution numérique de la matrice T pour un ensemble de particules, nous avons montré que l’interaction entre les particules pour le cas d’une couche de particules très proches les unes des autres modifie fortement la forme de la résonance. Ainsi, un arrangement désordonné de particules favorise un pic d’extinction intense et large spectralement, tandis qu’un arrangement ordonné favorise un pic d’extinction plus étroit et moins intense.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04307318 , version 1 (26-11-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04307318 , version 1

Citer

Marie-Caroline Solignac. Empilements avec nanoparticules plasmoniques : de la synthèse par pulvérisation à l'impact du couplage entre les particules sur les propriétés optiques. Optique [physics.optics]. Sorbonne Université, 2023. Français. ⟨NNT : 2023SORUS154⟩. ⟨tel-04307318⟩
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