Couplage fort des transitions électronique de matériaux moléculaires en phase liquide

Electronic strong coupling of molecular materials in the liquid phase

• Auteur / Autrice : Hadi Bahsoun
• Direction : Thomas W. Ebbesen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 14/09/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Cyriaque Genet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Angel Rubio, Jaime Gómez Rivas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluidique

Électrodynamique quantique en cavité

Polaritons

Solides moléculaires

Mots clés libres

Couplage fort lumière-matière

Polaritons de plasmon de surface (SPP)

Cavités de Fabry-Pérot (FP) nanofluidiques

Rendement quantique d'émission

Taux radiatifs et on radiatifs

Durée de vue de la fluroescence

Angle de contact

Modes photoniques

Strong coupling of light-matter

Surface plasmon polariton

Fabry-Perot Cavities

Résumé

Cette thèse contribue à la compréhension fondamentale du phénomène de couplage fort de la lumière avec des molécules organiques en mettant en œuvre de nouveaux systèmes et de nouvelles techniques, afin d'étudier les modifications de propriétés de molécules couplées à des résonances photoniques. Nous présentons des techniques de nanofabrication avancées pour la création de grands réseaux de trous sur des métaux et de cavités de Fabry-Pérot (FP) nanofluidiques. Ces systèmes sont ensuite utilisés pour étudier, sous régime de couplage fort, les modifications des propriétés de surface et de volume de molécules organiques en phase solide et liquide. En particulier les transitions électroniques de molécules du colorant cyanine en solution liquide ont été couplées à des modes photoniques résonants de cavités FP nanofluidiques spécialement conçues. Leur couplage fort a conduit à une amélioration du rendement quantique d'émission, mettant en évidence la nature radiative des états polaritoniques.

This thesis contributes to the fundamental understanding of the phenomenon of strong coupling of light with organic molecules by implementing new systems and techniques in order to investigate property modifications of molecules coupled with photonic resonances. State-of-the-art nanofabrication techniques for the formation of large hole-array gratings in metals and nanofluidic Fabry-Perot (FP) cavities are presented. These systems were then invested to study, under strong coupling, surface and bulk properties modifications of organic molecules in the solid and liquid phase. In particular, electronic transitions of cyanine dye molecules in liquid solutions were coupled to resonant photonic modes of specially designed nanofluidic FP cavities. Their strong coupling has led to an enhancement of the emission quantum yield, highlighting the radiative nature of the associated polaritonic states.