Spectroscopie et microscopie à force atomique sur des surfaces et nanoparticules plasmoniques

AFM force spectroscopies of surfaces and supported plasmonic nanoparticules

• Auteur / Autrice : Andra Craciun
• Direction : Jean-Louis Gallani, Mircea-Vasile Rastei
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/03/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Christian Gauthier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Astrid de Wijn
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hans-Jürgen Butt, André Schirmeisen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tribologie (technologie)

Microscopie à force atomique

Adhésion (physique)

Métamatériaux

Mots clés libres

Microscopie à force atomique

Nanoparticules plasmoniques

Friction type stick-slip à l’échelle nanométrique

Nano-bâtonnets d'or

AFM nanomanipulation

Adsorption de CTAB sur des surfaces d'oxyde

Atomic force microscopy

Plasmonic nanoparticles

Nanoscale stick-slip friction

Gold nanorods

AFM nanomanipulation

CTAB adsorption on oxide surfaces

Résumé

Dans ce travail de thèse, le microscope à force atomique (AFM) a été utilisé comme outil de manipulation de haute précision pour construire des nanostructures plasmoniques avec des géométries définies et un réglage précis de la distance interparticulaire et également comme technique de spectroscopie d'absorption. Différentes études concernant les phénomènes pertinents pour la manipulation des nanoparticules et émergeant à l'interface substrat-nanoparticules, ont été réalisées. Des expériences de frottement menées sur diverses surfaces d'oxydes ont révélé un nouveau mécanisme de frottement à l’échelle nanométrique, expliqué par un modèle de potentiel d'interaction de type Lennard-Jones modifié. Les propriétés de frottement et d'adhésion de CTAB adsorbé sur silice sont également présentées. Des nano-bâtonnets d'or fonctionnalisés par du CTAB ont été manipulés par AFM afin de construire des nanostructures plasmoniques. La dernière partie de la thèse présente les efforts expérimentaux et théoriques pour démontrer la faisabilité de l'utilisation d'un AFM comme une technique de spectroscopie optoélectronique à base de force.

In this thesis work the atomic force microscope (AFM) was employed first as a high precision manipulation tool for building plasmonic nanostructures with defined geometries and precise tuning of interparticle distance and second as an absorption spectroscopy technique. Different studies regarding phenomena emerging at sample nanoparticle interface relevant for nanoparticle manipulation were performed. Friction experiments conducted on various oxide surfaces revealed a novel nanoscale stick slip friction mechanism, explained by a modified Lennard-Jones-like interaction potential model. Frictional and adhesion properties of CTAB adsorbed on silica are also reported. CTAB functionalized gold nanorods were used for building specific plasmonic particulate nanostructures. The final part of the thesis presents experimental and theoretical efforts to demonstrate the feasibility of using an AFM as a force-based optoelectronic spectroscopy technique.