Micro-nano-structuration de surface par renforcement local du flux électromagnétique

Micro-nano-structuring of the surface by a local amplification of the electromagnetic field

• Auteur / Autrice : Olga Shavdina
• Direction : Yves Jourlin, Olivier Dellea
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 20/12/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Gebel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Jourlin, Olivier Dellea, Philippe Arguel, Serge Ravaine, Michel Langlet, Isabelle Verrier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Arguel, Serge Ravaine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Photolithographie

Photonique

Mots clés libres

Lithographie colloïdale

Structuration de surface

Nanojet photonique

Simulations RCWA

Collidal lithography

Surface structuring

Photonic nanojet

RCWA simulations

Résumé

Cette thèse présente les résultats théoriques et expérimentaux de l’interaction entre une onde plane et une monocouche de particules sub-microniques sphériques/non sphériques transparentes au champ optique. Un renforcement local du champ optique sous la particule peut être observé, menant à la formation d’une concentration d’énergie appelée «nanojet photonique». Une étude théorique de la répartition du champ électromagnétique sous les microparticules et le choix des conditions optimales, nous a permis d’exploiter ce nanojet comme un outil de micro-nano-structuration. Dans le cadre de cette thèse, une structuration périodique 2D d’un matériau photosensible à base de TiO2 déposé sur divers substrats a été effectuée par la technique de photolithographie colloïdale. En utilisant ce matériau, cette approche permet en une seule étape de conduire à une couche fonctionnelle, stable mécaniquement et chimiquement. Enfin, cette thèse présente quelques pistes d’exploitation et de perspectives de l’utilisation du phénomène de concentration d’une onde incidente par les microparticules. Plus précisément, cette microstructuration peut être utilisée pour des fonctions de piégeage optique, pour de la croissance localisée de matériaux fonctionnels ou encore pour augmenter l’activité de photocatalyse de couches actives

This PhD thesis presents the theoretical and experimental results of the interaction between a plane wave and a monolayer of spherical / non-spherical submicron particles that are transparent to the optical field. Local amplification of the optical field under the particle can be observed. This amplification of electromagnetic field is called ''photonic nanojet''. A theoretical study of nanojet under the microparticles and the choice of optimal conditions, allowed us to exploit this nanojet as a micro-nano-structuring tool. A 2D periodic structuring of a TiO2-based photosensitive material deposited on various substrates was carried out by the colloidal photolithography technique. By using this TiO2-based photosensitive material, this approach makes possible in a single step to produce a functional layer. Finally, this thesis presents some opportunities to exploit the phenomenon of concentration of an incident wave by the microparticles. More precisely, this microstructuration can be used for optical trapping functions, for the localized growth of functional materials or for increasing the photocatalytic activity of active layers