Influence contrôlée d’une nano-antenne plasmonique sur le taux de conversion intersystème d’une molécule unique
Projet ANR CE09 – Nanomatériaux et nanotechnologies pour les produits du futur
Janvier 2020 – Juillet 2025
Le projet PlasmonISC a deux objectifs :
- 1 / Le développement d'une nouvelle méthode de fonctionnalisation d'une sonde à balayage avec une nanoparticule unique
- 2 / mesurer l'influence d'une nanoparticule sur le taux de croisement intersystème (ISC) d'une molécule unique
La fabrication reproductible de sondes à balayage avec une nanoparticule ayant des propriétés optiques spécifiques fermement attachées à son extrémité présente un grand intérêt pour la communauté de la nanophotonique. De telles sondes peuvent être utilisées pour de nombreuses applications : caractérisation optique sub-longueur d’onde, spectroscopie Raman exaltée par pointe, analyse des champs évanescents, mesure d’orientation de molécules uniques, pour n’en nommer que quelques-unes. Cependant, ces pointes sont difficiles à produire de manière fiable.
Dans le projet PlasmonISC, nous proposons d’utiliser des pinces optiques dans une chambre microfluidique. L’idée est de piéger optiquement une nanoparticule d’or, de vérifier ses propriétés spectrales in situ et de la mettre en contact avec le sommet d’une fibre optique étirée. Grâce à l’environnement liquide contrôlé fourni par la chambre microfluidique, nous pourrons utiliser différentes stratégies de chimie humide pour lier fortement la nanoparticule à la pointe en verre. En cas de succès, cette nouvelle méthode fournira une pointe de verre fonctionnalisée robuste avec une seule nanoparticule dont les propriétés spectrales sont connues à son apex.
À l’aide de ces sondes fonctionnalisées, nous souhaitons mesurer les changements induits par une nanoparticule sur le taux de ISC d’une molécule unique. Pour ce faire, nous utiliserons le système terrylène / para-terphényle, bien connu dans la littérature et par le coordinateur. Les molécules de terrylène dans une matrice de para-terphényle sont des émetteurs de photons uniques brillants qui sont très stables, même dans un film mince. L’échantillon sera placé sur un microscope optique inversé avec des chemins de collection différents : spectroscopie, caméra ou configuration Handburry-Brown Twiss pour les mesures anti-corrélation. La nanoparticule sera rapprochée par microscopie à force atomique à force de cisaillement. Cela permet de mesurer la même molécule avec et sans la nanoparticule d’or et de corriger les émissions de fond. Une telle expérience nous fournira des informations quantitatives sur les changements induits sur tous les taux impliqués dans la fluorescence de la molécule, et en particulier sur les changements des taux ISC.
À notre connaissance, il s’agira de la première mesure quantitative des changements de taux ISC induits par une nano-antenne sur une seule molécule. Nous pensons que cette approche contrôlée nous permettra de mieux comprendre les processus physiques en jeu et nos résultats devraient fournir des lignes directrices pour la conception de LED organiques ou de nanolasers.
Ce projet permettra au coordinateur de développer ses thèmes de recherche au travers d’une plateforme expérimentale haute performance, en synergie avec les membres de son groupe. En cas de succès, ce projet servira également de tremplin pour d’autres sources de financement nationales et européennes.