Photochromisme à l’état solide : élaboration de nanomatériaux, propriétés de commutation, interactions avec des nanoparticules d’or

Solid state photochromism : fabrication of nanomaterials, switching properties, interaction with gold nanoparticles

• Auteur / Autrice : Arnaud Spangenberg
• Direction : Keitaro Nakatani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance plasmonique de surface

Nanoparticules

Systèmes dynamiques hybrides

Commutation, Théorie de la

Photochromisme

Résumé

Ce travail présente d’une part la fabrication d’entités nanométriques (nanocouches, nanoparticules) photochromes et d’autre part les méthodes de détection ou d’amplification de leur commutation. Des nanoparticules de diaryléthène ont été obtenues par fragmentation laser. Leur caractère photochrome en solution colloïdale a été mis en évidence par des mesures d’ensemble en spectroscopie d’absorption, mais également au niveau de la particule unique par la spectroscopie de diffusion en champ sombre. Ces nanoparticules ont montré des propriétés différentes de celles en solution et de celles à l’état solide illustrées par des rendements quantiques différents. Pour comparer les rendements quantiques des différents états, une méthode numérique a été mise au point pour l’étude à l’état solide. L’obtention de systèmes hybrides par dépôt de couches minces de photochromes sur des substrats recouverts de nanoparticules d’or a permis de mettre en évidence une nouvelle approche pour détecter la photocommutation aux petites échelles. Cette commutation du photochrome provoque un déplacement intense et réversible en longueur d’onde de la bande des plasmons de surface localisée (PLS) des nanoparticules d’or. Cette observation est corrélée à des calculs basés sur le formalisme de Mie. De plus, l’exaltation du champ électromagnétique par excitation des PLS a permis d’accélérer la réaction photochrome dans le sens de la décoloration, renforçant l’intérêt de ces matériaux hybrides pour le stockage de données.

This work deals with the design of photochromic nanoobjects (nanolayers, nanoparticles) and with new approaches to detect and enhance photoswitching. Nanoparticles have been obtained by laser ablation technique. Their photochromic properties have been demonstrated in colloidal solution using conventional absorption spectroscopy and at the single particle level using dark-field scattering microscopy. These nanoparticles exhibits quantum yields which are different from those determined in the solution and the solid state. In order to compare these quantum yields, a home-made software have been used for the solid state. Hybrid nanoscale layers with gold nanoparticles and photochromic compounds have been obtained by vacuum deposition technique of diarylethene on gold covered substrate. A reversible shift of the plasmon band induced by the photochromic reaction is correlated to calculation based on Mie formalism. The switchable plasmon shift is particularly interesting in order to allow detection at very low level. Besides, the enhancement of the electromagnetic field has induced the acceleration of the photochromic reaction to the colorless form, thus demonstrating the interest of these hybrid materials for data storage.