Sujet de stage / Master 2 Internship

L’objectif du stage consistera à analyser les propriétés optiques (fluorescence et conversion de fréquence, notamment génération de 2nd harmonique – SHG) de particules diélectriques nanométriques en vue de leur implémentation future pour le marquage et l’imagerie en milieu biologique. Le stage comportera 2 volets : (1) l’étude de l’exaltation du signal SHG de ces particules suite à leur couplage à une nanoantenne plasmonique. (2) la possibilité de contrôler les propriétés d’émission de ces particules par effet piézoélectrique.

Suite à de premiers travaux menés dans le cadre d’une collaboration entre notre laboratoire et 2 autres laboratoires du plateau de Saclay (ENS Paris-Saclay/ LUMIN et CentraleSupelec/ SPMS), nous avons pu mettre en évidence l’intérêt de nanoparticules diélectriques de BaTiO3 éventuellement dopées pour l’imagerie optique en milieu biologique. Plus particulièrement, les propriétés à la fois de luminescence et de conversion de fréquence (génération de second harmonique - SHG) de ces particules en font des marqueurs prometteurs en vue d’applications à plus long terme pour le suivi du transport intracellulaire au sein de réseaux neuronaux, ou la mesure du potentiel électrique transitoire extracellulaire de neurones.

L’objectif du stage consistera à analyser les propriétés optiques de particules de BaTiO3 de taille réduite (< 100 nm) en utilisant un banc de caractérisation couplant un microscope à force atomique ((AFM) à un microscope optique associé à diverses excitations laser. Le stage comportera 2 volets :

Dans une première partie, il s’agira de démontrer la possibilité d’exalter le signal SHG de ces particules suite à leur couplage à des nanoantennes plasmoniques. Nous avons notamment à notre disposition des nanoparticules recouvertes d’une couronne d’or, pour lesquelles de premières simulations laissent envisager des exaltations intéressantes.
La seconde partie du stage consistera à étudier la possibilité de moduler la réponse des particules (conversion de fréquence ou luminescence dans le cas de particules dopées par des terres rares) via une déformation du cristal obtenue par effet piézoélectrique inverse

L’équipe d’accueil est le groupe Nanophotonique du SPEC/LEPO. Pour les besoins de ses recherches, le groupe a développé un savoir-faire important dans le couplage de mesures optiques avec des microscopies à sondes locales. L’équipe dispose ainsi de plusieurs bancs expérimentaux de ce type, fonctionnant à l’air ou sous ultravide : optique et optique non-linéaire de nano-objets, nouvelles méthodes de microscopies optiques à sonde active …

Le rôle du stagiaire ira de la préparation des échantillons, à la caractérisation de leurs propriétés optiques (analyses spectrales et résolues en polarisation). Il participera également à l’interprétation des résultats obtenus.