Sujet de stage / Master 2 Internship

L'objectif du stage est de mesurer l'influence d'une nano-antenne sur la fluorescence d'une molécule unique. L’expérience consiste à approcher la nano-antenne de manière contrôlée à l’aide d’un microscope à force atomique, tout en mesurant l’émission de photons de fluorescence. L'étudiant.e effectuera donc un travail principalement expérimental, sur un banc expérimental dédié, allant de la fabrication des pointes aux mesures optiques et à l'analyse des données.

L’équipe d’accueil est le groupe Nanophotonique du CEA/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, permettant des mesures en optique linéaire et non-linéaire de nano-objets, et le développement de nouvelles méthodes de microscopies optiques à sonde active … Dans le cadre du projet ANR PlasmonISC (2020-2024), nous nous intéressons aux propriétés d’émission de fluorescence de molécules uniques en présence d’une nano-antenne.

L’objectif de ce projet est d’obtenir des mesures quantitatives des propriétés photophysiques d’une même molécule unique (temps de vie, taux d’excitation, taux de croisement inter-système…), en présence et en l’absence de la nano-antenne. Ces mesures expérimentales quantitatives serviront de base pour la compréhension théorique de l’interaction molécule-antenne.
Le laboratoire possède un banc de mesure optique, dédié à ce projet qui permet une large variété de mesures optiques (fluorescence, Raman, diffusion, comptage de photons, mesure de fonction de corrélation (Hanbury-Brown-Twiss), diagramme d’émission...).

Nous travaillons sur un système moléculaire simple à préparer, où les molécules fluorescentes sont insérées dans une matrice organique de faible épaisseur (20-30 nm). Pour amener l’antenne à proximité de la molécule, nous avons opté pour la microscopie à force atomique, qui permet un positionnement nanométrique de l’antenne par rapport à la molécule. Nous finalisons actuellement une campagne de mesure en utilisant comme antenne une fibre optique étirée. Cette pointe en verre nous a permis d’observer de large effets sur la fluorescence.

Dans le cadre du stage, l’étudiant.e devra mener un travail principalement expérimental, qui consiste à étudier l’influence d’autres types d’antennes (plasmoniques, magnétiques, diélectriques). Le travail portera sur la fabrication des pointes (le laboratoire dispose pour cela d’une salle blanche, permettant des techniques avancées de nano-fabrication), la préparation des échantillons et les caractérisations optiques de molécules uniques avec et sans antenne. Elle/Il participera activement au dépouillement et à l’analyse des résultats.

Ce stage sera l’opportunité pour apprendre des techniques avancées de microscopie optique, des concepts de nanophotonique à l’interface avec la mécanique quantique, des techniques de microscopie à force atomique, ainsi que des compétences de nano-fabrication en salle blanche.

La poursuite en thèse est possible sous réserve d’un financement (CEA, école doctorale, …).